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Diplomarbeit

Fakultät Technik und Informatik

Faculty of Engineering and Computer Science

Stefan Baumann

Department of Information and Electrical Engineering

Entwicklung eines Bedien- und Beobachtungssystems für eine Gipsmahlanlage

mit InTouch

Department Informations- und Elektrotechnik

Stefan Baumann

Entwicklung eines Bedien- und Beobachtungssystems für eine Gipsmahlanlage

mit InTouch

Diplomarbeit eingereicht im Rahmen der Diplomprüfung

im Studiengang Informations- und Elektrotechnik Studienrichtung Automatisierungstechnik am Department Informations- und Elektrotechnik der Fakultät Technik und Informatik der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Betreuender Prüfer : Prof. Dr. Henning Hasemann Zweitgutachter : Prof. Dr. Ing. Ulfert Meiners Abgegeben am 18. Dezember 2008

Stefan Baumann Thema der Diplomarbeit

Entwicklung eines Bedien- und Beobachtungssystems für eine Gipsmahlanlage mit InTouch

Stichworte

Gipsmahlanlage, HMI- System, Wonderware InTouch, Oberflächengestaltung, Darstellung von Stoff- und Prozessgrößen, zielgerichtete Fehlersuche von Störungen, Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme, Aufwände von Planungs-/ Ausführungsphasen und Visualisierung

Kurzzusammenfassung

Diese Arbeit umfasst die Erstellung einer Visualisierung von einer Gipsmahlanlage mit einem geeigneten HMI- System (Wonderware InTouch). Hierbei wird die Anlagenbedienung, die Oberflächengestaltung, sowie die Simulation unter ergonomischen Gesichtspunkten betrachtet.

Stefan Baumann Title of the paper

Development of an operation and monitoring system for a gypsum grinding plant with InTouch

Keywords

Gypsum grinding plant, HMI- system, Wonderware InTouch, surface design, construction of process parameters, display of material and process parameters, target- oriented troubleshooting, plant simulation before commissioning, scope of planning/ design phases and visualization

Abstract

This paper describes the visualization of a gypsum grinding plant based on a special HMI- system (Wonderware InTouch) with the main focus on the ergonomic aspects of plant operation, surface design and simulation.

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis............................................................................................................ 6 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................. 7 Tabellenverzeichnis ................................................................................................................. 9 1 Einleitung .......................................................................................................................... 10 2 Gipsmahlanlage ................................................................................................................ 12 3 HMI- System ...................................................................................................................... 14

3.1 Auswahl eines herstellerunabhängigen HMI- Systems ............................................... 14 3.2 Oberflächengestaltung für das Bedienpersonal........................................................... 17

3.2.1 Bildschirmaufteilung.............................................................................................. 19 3.2.2 Verständliche Symbole ......................................................................................... 20 3.2.3 Farbcodierungen................................................................................................... 21 3.2.4 Allgemeine Kulturunterschiede ............................................................................. 25

3.3 Darstellung von Stoff- und Prozessgrößen und Objekten ........................................... 29 3.3.1 Fließbilder ............................................................................................................. 29 3.3.2 Messstellen........................................................................................................... 31 3.3.3 Darstellung von Reglern ....................................................................................... 33 3.3.4 Darstellung von Trends......................................................................................... 35 3.3.5 Darstellung von Betriebsarten............................................................................... 36 3.3.6 Darstellung von Objekten...................................................................................... 37

3.4 Umsetzung einer Visualisierung .................................................................................. 38 4 Wonderware InTouch ....................................................................................................... 40

4.1 Schnittstelle zwischen SPS und InTouch .................................................................... 41 4.2 WindowMaker Programmelemente ............................................................................. 43 4.3 Variablenliste ............................................................................................................... 44 4.4 Funktionen von InTouch .............................................................................................. 45 4.5 Sprachumschaltung ..................................................................................................... 49 4.6 Alarme/ Ereignisse....................................................................................................... 51 4.7 Echtzeit- und Archivierungstrenddiagramme............................................................... 52

5 Zielgerichtete Fehlersuche von Störungen.................................................................... 54 5.1 Startsequenz................................................................................................................ 54 5.2 Abschaltungssequenzen/-szenarien............................................................................ 55 5.3 Gruppenstatusanzeigen............................................................................................... 56

6 Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme................................................................... 57

Inhaltsverzeichnis

7 Anlagenvisualisierung ..................................................................................................... 58 7.1 Systemaufbau.............................................................................................................. 58 7.2 Umsetzung der Datenarchivierung .............................................................................. 63 7.3 Aufbau der Visualisierung............................................................................................ 65

7.3.1 Allgemeine Anlagen Übersicht.............................................................................. 65 7.3.2 Kopf- und Fußzeile................................................................................................ 66 7.3.3 Bedienebenen und Anmeldungs-/ Abmeldungs- Verfahren.................................. 67 7.3.4 Allgemeine Farbdarstellungen .............................................................................. 69 7.3.5 Allgemeine Zustände ............................................................................................ 71 7.3.6 Sollwerte ............................................................................................................... 73 7.3.7 Anlagenbilder ........................................................................................................ 75 7.3.8 Betriebssteuerungen............................................................................................. 82 7.3.9 Regelkreise........................................................................................................... 85 7.3.10 Alarm Darstellung/Bedienung ............................................................................. 86 7.3.11 Trend Darstellung/Bedienung ............................................................................. 87 7.3.12 Allgemeine Warnungen....................................................................................... 88

8 Bewertung der Aufwände von Planungs- und Ausführungsphasen ........................... 89 9 Zusammenfassung........................................................................................................... 92 Literaturverzeichnis............................................................................................................. 94 Anhang ................................................................................................................................. 95 A.1 Übersicht verschiedener Komponenten .......................................................................... 95 A.2 Rohr- und Instrumentierungsfließbild der Gipsmahlanlage ............................................. 97 A.3 Symbole im Rohr- und Instrumentierungsfließbild .......................................................... 98 A.4 HMI- System Farbcodierungen der Gipsmahlanlage .................................................... 100 A.5 Elektronische Dokumentation........................................................................................ 104

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungen Erläuterung

Ack Quittierung (engl. acknowledge)

Auto Automatisch

B&B Bedienen & Beobachten

CP Claudius Peters

CPU Hauptprozessor (engl. central processing unit)

DIN Deutsche Industrie Norm

D- Glied Differenzial- Glied

EMSR- Technik Elektro-, Mess-, Steuerungs-, Regelungstechnik

EN Europäische Norm

E/A Eingang/Ausgang

HGG Heißgaserzeuger (engl. hot gas generator)

HMI Mensch Computer Interaktion

(engl. human machine interface)

IP Internetprotokoll

ISO Internationale Organisation für Normung

(engl. international organization for standardization)

IEC Internationale Elektrotechnische Kommission

(engl. international electrotechnical commission)

I- Glied Integral- Glied

Manu Manuell

MTBF Mittlere Ausfallzeit bis ein Fehler auftritt (engl. mean

time between failure) Summe von MTTF und MTTR

MTTF Zeitraum bis zum Fehler (engl. mean time to failure)

MTTR Mittlere Reparaturzeit (engl. mean time to repair)

P- Glied Proportional- Glied

PC Personal Computer

PV Prozesswert (engl. process value)

R+I Fließbild Rohr- und Instrumentierungsfließbild

SCADA Überwachung, Steuerung und Datenerfassung

(engl. supervisory control and data acquisition)

SP Sollwert (engl. setpoint)

SPS Speicher- Programmierbare- Steuerung

V Verfügbarkeit

6

Abbildungsverzeichnis


Abbildung 1.1: Claudius Peters Mühle................................................................................... 10 Abbildung 2.1: Technologieprinzip einer Gipsmahlanlage [8]................................................ 13 Abbildung 3.1: Bildschirmaufteilung [11]................................................................................ 19 Abbildung 3.2: Allgemeine Kulturunterschiede [6] ................................................................. 25 Abbildung 3.3: Signalwirkungen von Farben unterschiedlicher Kulturkreise [1] .................... 26 Abbildung 3.4: Unterschiedliche Symbole mit gleichen Bedeutungen................................... 27 Abbildung 3.5: Fehlbedienung ............................................................................................... 28 Abbildung 3.6: Beispiel Grundfließbild [11]............................................................................ 30 Abbildung 3.7: Beispiel Verfahrensfließbild [11] .................................................................... 30 Abbildung 3.8: Beispiel R+I Fließbild [11] .............................................................................. 31 Abbildung 3.9: Beispiel einer Temperaturmessstelle............................................................. 31 Abbildung 3.10: Blockdarstellung eines PID- Systems.......................................................... 33 Abbildung 3.11: Aufbau einer Regleranalyse mit einer Visualisierung .................................. 34 Abbildung 3.12: Darstellung von Betriebsarten ..................................................................... 36 Abbildung 3.13: Blockdiagramm der Vorgehensweise .......................................................... 38 Abbildung 4.1: Schnittstelle zu der SPS ................................................................................ 41 Abbildung 4.2: Konfiguration der E/A- Verbindung ................................................................ 42 Abbildung 4.3: WindowMaker- Programmelemente .............................................................. 43 Abbildung 4.4: Variablenliste ................................................................................................. 44 Abbildung 4.5: InTouch Funktion - Aktionsfenster ................................................................. 45 Abbildung 4.6: InTouch Funktion - Farbumschläge ............................................................... 46 Abbildung 4.7: InTouch Funktion - Skript............................................................................... 47 Abbildung 4.8: InTouch Funktion - Tooltip ............................................................................. 48 Abbildung 4.9: Konfiguration der Sprachumschaltung........................................................... 49 Abbildung 4.10: Dialogfeld Sprache ...................................................................................... 50 Abbildung 4.11: Aktivierung der Sprachumschaltung ............................................................ 50 Abbildung 4.12: Erstellung eines Archivierungs- Diagramm.................................................. 52 Abbildung 4.13: Definieren der Trendstifte ............................................................................ 53 Abbildung 7.1: Darstellung von unterschiedlichen Bedienstationen (Einzeln/Parallel) .......... 58 Abbildung 7.2: Allgemeine Darstellung der Bedienstationen in dem Projekt......................... 60 Abbildung 7.3: Ausfall der Bedienstation PC3201 oder PC3202........................................... 61 Abbildung 7.4: Ausfall der Bedienstation PC3203 ................................................................. 62 Abbildung 7.5: Alarmdatenbank............................................................................................. 63 Abbildung 7.6: Trenddatenbank............................................................................................. 64 Abbildung 7.7: Kopfzeile - Anlagenvisualisierung.................................................................. 66

7


8

Abbildung 7.8: Fußzeile - Anlagenvisualisierung................................................................... 66 Abbildung 7.9: Anmeldungs-/Abmeldungs- Verfahren - Anlagenvisualisierung .................... 68 Abbildung 7.10: Farbdarstellungen (1) - Anlagenvisualisierung ............................................ 69 Abbildung 7.11: Farbdarstellungen (2) - Anlagenvisualisierung ............................................ 70 Abbildung 7.12: Farbdarstellungen (3) - Anlagenvisualisierung ............................................ 70 Abbildung 7.13: Farbdarstellungen (4) - Anlagenvisualisierung ............................................ 71 Abbildung 7.14: Einzelne Zustände - Anlagenvisualisierung................................................. 72 Abbildung 7.15: „Keypad“ - Anlagenvisualisierung ................................................................ 73 Abbildung 7.16: Sollwert Eingabe - Anlagenvisualisierung.................................................... 74 Abbildung 7.17: Startbild - Anlagenvisualisierung ................................................................. 75 Abbildung 7.18: Systembild - Anlagenvisualisierung ............................................................. 76 Abbildung 7.19: Symbolbild - Anlagenvisualisierung ............................................................. 77 Abbildung 7.20: Elektrikbild - Anlagenvisualisierung ............................................................. 78 Abbildung 7.21: Not- Abschaltungsbild - Anlagenvisualisierung............................................ 79 Abbildung 7.22: Mühle - Anlagenvisualisierung..................................................................... 80 Abbildung 7.23: HGG - Anlagenvisualisierung ...................................................................... 81 Abbildung 7.24: Silo - Anlagenvisualisierung......................................................................... 82 Abbildung 7.25: Betriebsarten Auswahl - Anlagenvisualisierung........................................... 83 Abbildung 7.26: Starten und Stoppen von einzelnen Gruppen - Anlagenvisualisierung ....... 84 Abbildung 7.27: Regelkreise - Anlagenvisualisierung............................................................ 85 Abbildung 7.28: Alarm Tabelle - Anlagenvisualisierung ........................................................ 86 Abbildung 7.29: Trends - Anlagenvisualisierung ................................................................... 87 Abbildung 7.30: Kommunikationsstörung - Anlagenvisualisierung ........................................ 88 Abbildung 8.1: Übersicht der Planungs- und Ausführungsphasen in der Elektrotechnik [8].. 90 Abbildung 8.2: Kostenpyramide [8]........................................................................................ 91 Abbildung A.1: R+I Fließbild [8] ............................................................................................. 97

Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3.1: Marktübersicht verschiedener Hersteller von HMI- Systemen [4]...................... 16 Tabelle 3.2: Beispiele von Symbolen und Farben ................................................................. 18 Tabelle 3.3: Farben für Meldetexte........................................................................................ 21 Tabelle 3.4: Farben für Zustandsanzeigen und Aggregaten ................................................. 22 Tabelle 3.5: Farben zur Messwertdarstellung........................................................................ 23 Tabelle 3.6: Farben für Rohrleitungen ................................................................................... 24 Tabelle 3.7: Bedeutung von Buchstaben an der Messstelle [11]........................................... 32 Tabelle 3.8: Verschiedene Möglichkeiten der Objektdarstellung........................................... 37 Tabelle 8.1: Stundenübersicht von verschiedenen Planungs- und Ausführungsphasen....... 89 Tabelle A.1: Übersicht verschiedener Komponenten [8] ....................................................... 96 Tabelle A.2: Symbole im R+I Fließbild [8] ............................................................................. 99 Tabelle A.3: HMI- System Farbcodierungen der Gipsmahlanlage [8] ................................. 103

9

1 Einleitung

1 Einleitung

Claudius Peters gilt weltweit als einer der führenden Spezialisten für Kohle- und

Mineralienvermahlung. Über 700 EM- Kugelringmühlen sind in den unterschiedlichsten

Industrien im Einsatz. Für die Mineralienindustrie hat Claudius Peters (CP) seit 1960 bereits

mehr als 140 Mühlen geliefert, darunter auch Anlagen mit einer Kapazität von mehr als 90 t/h

in einer einzigen Mühle. Die Konstruktion der Claudius Peters Mühle erlaubt den Betrieb bei

hohen Temperaturen, wie sie für die Kalzinierung verschiedener Materialien, wie z.B. Gips

benötigt werden. Dieses gewährleistet einen wirtschaftlichen Vorteil, so dass Vermahlung,

Sichtung, Trocknung und/oder Kalzinierung in einer einzigen kompakten Einheit erfolgen

können. In der Gipsindustrie ist die EM- Mühle die bevorzugte Mahl- und

Kalziniertechnologie für Fertigprodukte, wie Gipskartonplatten. Das Mahlkalziniersystem

allein oder in Kombination mit einem Claudius Peters Trägergaskalzinator, Kocher oder

Kühler ermöglicht die optimale Auslegung für die geforderte Produktqualität und

Anlagenleistung.

Abbildung 1.1: Claudius Peters Mühle

10

1 Einleitung

11

Der Bereich der Maschinen- und Anlagenplanung ist stark durch Standardisierung geprägt.

Dieses soll auch im Bereich der Automatisierungstechnik – speziell für die

Anlagenbedienung – einer Gipsmahlanlage umgesetzt werden. Konkret soll die Bedienung

(HMI/Visualisierung) eines redundanten Bediensystems an einer Anlage in Italien geplant

werden. Bei der Ausarbeitung der Diplomarbeit werden folgende Punkte betrachtet:

• Auswahl eines SPS herstellerunabhängigen HMI- Systems

• Übersichtliche Oberflächengestaltung

• Weltweit verständliche Symbole

• Experten- oder verfahrenstechnische Darstellungen von Stoff- und Prozessgrößen

(Regler- und Trendanalysen)

• Zielgerichtete Fehlersuche bei Störungen

• Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme

• Bewertung der Aufwände in den unterschiedlichen Planungs- und Ausführungsphasen

(Programmierung, Test/Simulation, Inbetriebnahme, usw.)

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine Umsetzung einer Bedienoberfläche nach den oben

genannten Kriterien zu realisieren.

Die Ausarbeitung ist wie folgt gegliedert:

• Das allgemeine Technologieprinzip der Gipsmahlanlage ist im Kapitel 2 beschrieben.

• Die Auswahl eines geeigneten HMI- Systems, die Oberflächengestaltung, sowie die

Darstellungsformen von Stoff- und Prozessgrößen sind im Kapitel 3 beschrieben.

• Die Visualisierungssoftware und deren wichtigste Funktionen sind im Kapitel 4

beschrieben.

• Die allgemeine Fehlersuche von Störungen mit der Anlagenvisualisierung ist im Kapitel 5

beschrieben.

• Die allgemeine Anlagensimulation und deren Vorteil vor der Inbetriebnahme sind im

Kapitel 6 beschrieben.

• Die Anlagenvisualisierung der Gipsmahlanlage und deren Umsetzung sind im Kapitel 7

beschrieben.

• Die Aufwände von verschiedenen Planungs- und Ausführungsphasen sind im Kapitel 8

beschrieben.

• Eine allgemeine Zusammenfassung erfolgt im Kapitel 9.

2 Gipsmahlanlage

2 Gipsmahlanlage

In diesem Kapitel wird das Technologieprinzip einer Gipsmahlanlage im Allgemeinen erklärt.

Die Gipsmahlanlage ist in folgende Gruppen aufgeteilt:

• Mühlengetriebe (engl. gear box)

• Mühle (engl. mill)

• Material- Aufgabe (engl. mill feeding)

• Schlauchfilter (engl. filter)

• Hauptventilator (engl. main fan)

• Heißgaserzeuger (engl. hot gas generator )

• Drehrohrkühler (engl. rotary drum cooler)

Die Komponenten Mühle, Mühlengetriebe, Drehrohrkühler, Heißgaserzeuger (HGG),

Schlauchfilter und Hauptventilator sind im Anhang A.1 dargestellt. Dort ist ein Originalbild,

das Symbol aus dem Rohr- und Instrumentierungsfließbild (R+I Fließbild) und eine kurze

Beschreibung der Komponenten zu sehen [8].

12

2 Gipsmahlanlage

Der 1Rohgips (Kalkstein) wird über ein Förderband in ein Silo befördert. Das Silo ist der

Vorratsbehälter für die nachfolgenden Produktionsschritte und hat eine Kapazität von

mehreren Produktionstagen (Abbildung 2.1/Punkt 1). Über eine Zuteilung wird der Rohgips

weiter zur Mühle transportiert (Abbildung 2.1/Punkt 2). Die Mühle zermahlt, trocknet und

kalziniert den Gips in einem Schritt. Die Kalzinierung erfolgt, indem man heißes Gas von

dem Heißgaserzeuger (HGG) mit einer Temperatur von ca. 620 °C der Mühle zuführt

(Abbildung 2.1/Punkt 3). Durch die Zufuhr von Hitze wird das „Kristallwasser“ dem Gips

entzogen. Dieser Mahlprozess ist gleichzeitig ein pneumatischer Transport. Die Trennung

des Produktes von dem Gasstrom erfolgt im Schlauchfilter (Abbildung 2.1/Punkt 4). Über

diesen Filter gelangt das Reingas mit Hilfe des Hauptventilators (Abbildung 2.1/Punkt 5) in

den Prozess zurück und der entstehende Wasserdampf wird über einen Schornstein geleitet

(Abbildung 2.1/Punkt 6). Die Kalzinierung wird abgeschlossen, indem der Gips mit Hilfe des

Drehrohrkühlers (Abbildung 2.1/Punkt 7) gekühlt wird. Anschließend wird der Gips in ein Silo

befördert (Abbildung 2.1/Punkt 8).

13

(4) Schlauchfilter (6) Schornstein (2) Mühle

(3) HGG

(5) Ventilator

(8) Transport zum Silo

(7) Drehrohrkühler

(1) Vorratssilo

Abbildung 2.1: Technologieprinzip einer Gipsmahlanlage [8]

1 Rohgips ist das Produkt der Reaktion von Calcium (Kalk) mit Sulfat- Ionen. Dieser Prozess kann in der Natur vorkommen (Kalkstein) und wird meistens in Gebirgen abgebaut [8].

3 HMI- System

3 HMI- System

HMI- Systeme (engl. human machine interface) sind Visualisierungssysteme. Diese HMI-

Systeme werden häufig in der Prozessleittechnik mit sogenannten SCADA- Systemen (engl.

supervisory control and data acquisition) in Verbindung gebracht. Sie dienen der

Kommunikation zwischen dem Menschen und der Maschine, sowie dem Bedienen und dem

Beobachten von Anlagenzuständen.

Die Auswahl eines herstellerunabhängigen HMI- Systems hängt von den Kriterien Preis,

Programmierbarkeit, Hersteller Support, Verbreitung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer ab.

Neben diesen Punkten sind die Handhabbarkeit und die Bedienfreundlichkeit weitere

Schlüsselkriterien. Ein HMI- System sollte intuitiv bedient werden können. Typisch für solche

Systeme sind ein Alarmmanagement, die Archivierung von Daten, sowie integrierte

Grafikeditoren.

3.1 Auswahl eines herstellerunabhängigen HMI- Systems

HMI- Systeme sind oft mit Automatisierungssystemen bestimmter Hersteller eng verzahnt.

Integrierte Softwarewerkzeuge für SPS- und HMI- Entwicklung sollen das Arbeiten

erleichtern. Beim Vergleich verschiedener HMI- Systeme trifft man häufig auf die gleichen

Werbesprüche, wie z.B. von Siemens („Totally Integrated Automation“), Rockwell Automation

(„Integrated Architecture“) oder Wonderware („Integrated“). Im Prinzip bieten alle HMI-

Anbieter ähnliche Funktionalitäten mit den oben genannten Kriterien an, die sich jedoch in

Performance, verwendete Hardwareplattform oder durch Offenheit unterscheiden. Neben

dem effektiven „Engineering“ brauchen die Betreiber, bzw. Hersteller einer Anlage auch

einen hohen Wiedererkennungswert einer Anlage, bzw. Maschine. Eine schnell erlernbare

Bedienbarkeit verbunden mit der Flexibilität der Auswahl eines Automatisierungssystems

(unterschiedliche Kunden = unterschiedliche Anforderungen eines Automatisierungssystems)

unterstützt die Akzeptanz eines Produkts beim Kunden. Damit kommt der Wunsch einer

herstellerneutralen Bedienung auf. Ein Vorteil hierbei ist, dass man verschiedene Anlagen

mit dem gleichen Bediensystem ausstatten kann. Dieses spart in verschiedenen

Planungsschritten hin bis zur Inbetriebnahme Zeit. Speziell der Inbetriebnehmer muss sich

nicht lange mit einem neuen System einarbeiten. Vergleichbar ist dieser Vorteil mit einem

Flugzeugcockpit, dort weiß der Pilot auch wo welches Gerät sitzt, da die Cockpits gleich

aufgebaut sind. Auch die Erstellung und Verwaltung von Dokumentationen wird erleichtert,

da man nur einmalig das Bediensystem beschreibt und für verschiedene Aufträge

14

3 HMI- System

verwenden kann. Neben diesen Argumenten ist ein weiterer Punkt die grafische Bedienung

eines Produktes. Die Darstellung der Bedienoberfläche ist wie eine Visitenkarte eines

Unternehmens. Es wertet das Produkt optisch auf und vereinfacht dessen Bedienung. Durch

die Bedienoberfläche ist es möglich die Unternehmensphilosophie und die

Firmenpersönlichkeit einer Firma wiederzuspiegeln (dieses Unternehmensleitbild wird auch

als „Corporate Identity“ bezeichnet). Durch entsprechende Bilder kann der Anlagenbediener

die „Technik“ besser verstehen und traut sich in einer gewohnten Umgebung mehr zu.

Vergleichbar ist dieser Vorgang mit folgendem Beispiel: Wenn ein Bediener jahrelang das

Betriebssystem Windows verwendet und dann zu einem Linux Betriebssystem wechselt,

dann ist das neue Betriebssystem anfangs schwerer zu verstehen und der Bediener traut

sich anfänglich weniger zu.

In der nachfolgenden Tabelle (siehe Tabelle 3.1) werden drei führende HMI- Hersteller

(Siemens, Rockwell Automation und Wonderware) miteinander verglichen, um so ein HMI-

System zu finden, was den gewünschten Kriterien entspricht:

Hersteller / Adresse

Anbieter Rockwell Automation Siemens Wonderware

Produktbeschreibung Produktname / Version FactoryTalk View SIMATIC WinCC V6.0 InTouch 9.5

Einbindbare Geräte Operator Panels, LC-Displays, Industrie PCs

Operator Panels, LC-Displays, PDAs, Web Panels, Industrie PCs,

alle gängigen SPS- und Automatisierungssysteme,

Operator Panels, Industrie PCs

Betriebssysteme für die Runtime Version

Windows CE.NET, Windows XP

Linux, > Windows 98, 2k...

Windows XP, Windows Vista, Windows CE

Projektierung

Bibliotheken für welche Anwendung

Anlagenbau, Automobilindustrie,

Maschinenbau, Sondermaschinenbau,

Fördertechnik, Verpackungstechnik, Gebäudeautomation

Anlagenbau, Automobilindustrie,

Gebäudeautomation, Maschinenbau,

Sondermaschinenbau, Fördertechnik,

Verpackungstechnik

Anlagenbau, Automobilindustrie, Gebäudeautomation,

Maschinenbau, Sondermaschinenbau,

Fördertechnik, Verpackungstechnik

Entwicklungstools, Editoren FactoryTalk View Studio

Bild-Editor, Symbol-Editor, Protokoll-Editor,

Kopplung- Editor, Melde-Editor, Grafik, Animation, Wizards, Datentransfer,

Alarmsystem, E/A-Server

Bild-Editor, Symbol-Editor, Script-Editor, Protokoll-Editor, Grafik, Animation, Skripte, Wizards, Datentransfer, E/A-Server

Verwendete Grafikformate BMP, DXF, JPG, WMF

BMP, TIF, JPG, WMF, Scalable Vector

Graphics, JT

BMP, TIF, JPG, Scalable Vector Graphics

Max. Anzahl Prozessbilder Applikationsabhängig keine Limitierung beliebig

Max. Anzahl Variablen Applikationsabhängig Keine Limitierung > 1 Mio.

Ereignisgesteuerte Prozess-Bildauswahl Ja Ja Ja

15

3 HMI- System

Hersteller / Adresse

Anbieter Rockwell Automation Siemens Wonderware

Systemeigenschaften

Redundante bzw. fehlertolerante

Systemauslegung möglich

System ist voll Redundant ausführbar

Redundante Kommunikation,

modularer Aufbau, vollwertige Web Funktionalität

Redundante Kommunikation, skalierbare

Anwendungsredundanz, Datenverfügbarkeitsmechanismen

Maximal verarbeitbare Datenpunkte

Kein Limit (abhängig von PC Ressourcen)

256K/Datenpunkt bis zu 32 Meldungen

1 Mio. externe Datenpunkte in einer Anwendung

Maximal unterstützte Anzahl von Anzeige- und

Bedieneinheiten im System

Kein Limit (abhängig von PC Ressourcen)

32 WinCC Clients/ 50 WinCC Web Clients pro

Server getestet bis zu 400 Clients

Standardaufgaben Messwerterfassung Ja Ja Ja

Ablaufsteuerung Nein Nein Ja Grafische Darstellung von

Anlage und Prozess Ja Ja Ja

Bedieneingaben Ja Ja Ja Alarmierung Ja Ja Ja

Protokollierung Ja Ja Ja Engineering

Objektorientiertes Konzept für technologische Symbole Ja Ja Ja

Datenbankzugriff ODBC, SQL, DDE, ACCESS

WinCC OLE DB, ODBC, DDE, SQL, Access alle gängigen

Gestufte Zugriffsberechtigungen Ja Ja Ja

Besonderheiten bei der Projektierung

einfachste Zusammenführung komplexer verteilter

Projekte

Leichte Erstellung eigener Standards und

Bibliotheken. Generierbare Maintenance Übersichten

Zentrale Projektierung einer gemeinsamen Anwendung und

Verteilung auf multiple PCs

Automatisiertes Projektieren Ja Ja Nein

Variablen Import von Automatisierungsgeräten verschiedener Hersteller

über HTML möglich, bzw. Anschluss über OPC

S7 automatisch. Für andere über Standard-

Export/-Import-Mechanismen

ja

Kommunikation

Umschalten in welche Sprachen

Alle vorausgesetzt der Zeichensatz ist installiert

(20 online, 40 Offline)

alle, mit Wizard incl. Chinesisch... beliebig

Online-Umschaltung Ja Ja Ja

Störungs- / Meldungsverarbeitung Ja Ja

Ja

Industrial Ethernet Ja Ja Ja DeviceNet Ja Nein Ja

Profibus- DP Ja Ja Ja CAN Ja Nein Ja

Interbus Ja Nein Ja Prozessanbindung

SPS- bzw. Steuerungs-Ankopplung OPC, Ethernet diverse Treiber, keine

Limitierung

über 700 E/A-Server zu praktisch allen SPS- und

Steuerungssystemen verfügbar

Optionale Soft- SPS Softlogix (Nur Windows XP) - InControl

Tabelle 3.1: Marktübersicht verschiedener Hersteller von HMI- Systemen [4]

16

3 HMI- System

Bei einem Vergleich zwischen den Herstellern Rockwell Automation, Siemens und

Wonderware (siehe Tabelle 3.1) ist zu erkennen, dass das Produkt der Firma Wonderware

für die Umsetzung eines einheitlichen Bediensystems am besten geeignet ist. Es ist hier

möglich, alle gängigen SPS- und Automatisierungssysteme einzubinden, mit dem bewusst in

Kauf genommenen Nachteil, dass ein automatisiertes Projektieren (mit integrierten Tools für

SPS/ HMI) nicht möglich ist.

Da CP ein einheitliches HMI- System verwenden möchte, ist die Wahl auf ein InTouch-

System gefallen, da InTouch am ehesten die genannten Anforderungen erfüllt.

3.2 Oberflächengestaltung für das Bedienpersonal

Um sich national und international im Bereich der Technik verständigen zu können, bedarf es

genormter Darstellungen und Darstellungsmethoden. Bekannt sind solche Darstellungen im

täglichen Leben, z.B.

• in der Musik die Noten, Notengestaltung (Tongestaltung).

• in der Sprache durch Alphabete.

• in der Mathematik durch Zahlensysteme.

• im Straßenverkehr die Gebots- und Hinweisschilder.

In der Technik begann die Vereinheitlichung zunächst mit sehr gegenständlichen

Darstellungen, die sich aber bald aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, sowie der Vielfalt und

Komplexität der Betriebsmittel und Systeme zu sehr abstrakten Symbolen wandelten. Solche

heute üblichen Darstellungen bieten außerordentlich viele Möglichkeiten Betriebsmittel,

Anlagenteile, Anlagen, Funktionen und Systeme in symbolischer Form darzustellen [7].

17

3 HMI- System

Die Oberflächengestaltung kann aus verschiedenen Darstellungsformen, wie eine Farbe mit

einem Symbol, eine Farbe, ein Symbol oder einem Text bestehen (siehe Tabelle 3.2).

Farbe und Symbol

Farbe Symbol Text

M M An

M M Aus

Tabelle 3.2: Beispiele von Symbolen und Farben

Gemeinsame Benutzung von Farben, Symbolen und Text haben eine bessere Aussagekraft

und Wirkung in einem Visualisierungsbild, als wenn man nur Farben, Symbole oder Texte

einzeln benutzt. Vergleichbar ist dieses mit einer Ampel, da die Aussagekraft und Wirkung

einer Ampel mit Farben (grün, gelb und rot) größer ist, anstatt nur mit einem Text. Durch

Symbole und Farben kann der Benutzer sofort erkennen, welche Geräte, wie z.B. Antriebe

oder Ventile sich in welchen Zustand befinden. Des Weiteren sollte die

Oberflächengestaltung übersichtlich, eindeutig, realistisch, einfach und dem Anlagenaufbau

entsprechend dargestellt werden.

Ein weiterer Aspekt bei der Oberflächengestaltung ist die Form und die Größe von Symbolen

und wie viele Symbole pro Bild verwendet werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die

Größe eines Symbols zum Anlagenprozess passt. In Bezug auf die Oberflächengestaltung

ist es angebracht, Bilder nur mit einer bestimmten Anzahl von Symbolen zu versehen. Diese

Anzahl der Symbole kann je nach Größe der Objekte schwanken. Des Weiteren kann man

Unterbilder verwenden. Unterbilder können, z.B. die Aufteilung eines Gesamtbildes in

kleinere Bilder sein. Dieses verschafft eine bessere Übersicht der Anlage und des

Prozesses, so dass man alles „Wichtige auf einen Blick“ hat.

18

3 HMI- System

3.2.1 Bildschirmaufteilung

Auch die Bildschirmaufteilung in einer Visualisierung ist zu beachten. Die

Bildschirmaufteilung sollte möglichst übersichtlich gestaltet werden, um die Bedienung zu

vereinfachen (siehe Abbildung 3.1) und sie sollte nicht mit Symbolen überfrachtet werden, da

es sonst zur Beeinträchtigungen der Bedienung kommt.

Abbildung 3.1: Bildschirmaufteilung [11]

In dieser Abbildung kann man erkennen, dass Datum, Uhrzeit und Meldezeile im obersten

Teil dargestellt sind. Tasten, z.B. für die Bildauswahl befinden sich im untersten Teil und in

der Mitte der Abbildung 3.1 befindet sich das Arbeitsfeld. Diese Aufteilung verschafft eine

übersichtliche und verständliche Bedienung unter ergonomischen Gesichtspunkten, da im

Mittelpunkt (des Bedienergesichtsfelds) sich alles Wichtige befindet und „Randinformationen“

sich wirklich am Rand befinden.

19

3 HMI- System

3.2.2 Verständliche Symbole

In der Anlagentechnik werden Informationen über Symbole (engl. icons) vermittelt. Im

Kontext der Mensch- Maschine- Interaktion beschreiben solche Zeichen überwiegend

Funktionen einer Anlage. Die Symbole kann man aus einem R+I Fließbild (siehe Anhang

A.2) entnehmen. Aus ergonomischer Sicht ist es notwendig sich auf die wichtigsten

Komponenten (Motore, Ventile, Ventilatoren, usw.) zu beschränken. Die Darstellung der

Symbole sollte möglichst einfach und eindeutig sein.

Bei den Bediensystemen im Maschinen- und Anlagenbau wird davon ausgegangen, dass die

in der 2DIN 30600 aufgeführten Symbole eine angemessene Grundlage für eine

internationale Verständlichkeit darstellen. Allerdings ist dabei zu beachten, dass DIN-

Normen nicht immer weltweit gelten. Deswegen fällt analog zu den Farben die tatsächliche

Verständlichkeit dieser Symbole in den verschiedenen Kulturen sehr unterschiedlich aus. Um

eine internationale Erkennbarkeit der eingesetzten Symbole zu erreichen, sollte beim Aufbau

einer HMI- Lösung auf abstrakte Bilder verzichtet werden. Besonders in der asiatischen

Region sind klare, eindeutige Symbole notwendig.

Generell gilt: Eine Kombination von Symbolen und Beschriftung ist immer von Vorteil, aber

eine zusätzliche Beschriftung ersetzt keine schlecht gestalteten Symbole [1, 11].

2 DIN 30600: Norm für Grafische Symbole an Einrichtungen

20

3 HMI- System

3.2.3 Farbcodierungen

Neben Symbolen werden Informationen auch durch Farben codiert. Eine wichtige Grundlage

für die alleinige Informationsdarstellung mittels Farbgebung sind verschiedene Normen. Die

Norm legt die farbliche Codierung für Funktionalitäten fest. In Bezug auf die Farbgebung

können die Farben auf Intensität und Kontrast optimiert werden. Die wichtigsten

Farbcodierungen sind hier aufgeführt [9, 10]:

• Hintergrundfarbe

Als Hintergrundfarbe für sämtliche Bilder sollte die Farbe „Hellgrau“ eingesetzt werden.

• Farben für Meldetexte

Jedem Zustand eines Alarms sind bestimmte Farben zugeordnet. Die Zustände und die

dazugehörigen Farben sind in der untenstehenden Tabelle 3.3 dargestellt.

Alarmtext mit Farbe

Zustand Erläuterung

gekommen Ein Alarm ist gekommen und wurde nicht quittiert.

gekommen und

quittiert Ein Alarm ist gekommen und wurde schon quittiert.

gekommen und

quittiert und

gegangen

Ein Alarm ist gekommen, wurde quittiert und ist wieder

gegangen. Dieser Zustand taucht nur in der Liste der

historischen Alarme auf.

gekommen und

gegangen

Ein Alarm ist gekommen und ohne quittiert zu werden

wieder gegangen. Nach der Quittierung verschwindet

der Alarm aus der Liste der aktuellen Alarme.

Fehler

Fehler

Fehler

Fehler

Tabelle 3.3: Farben für Meldetexte

21

3 HMI- System

• Farben für Zustandsanzeigen und Aggregaten

Die möglichen Betriebszustände von Ventilen, Pumpen, Rührwerken und sonstigen Objekten

werden durch unterschiedliche Farben gemäß Tabelle 3.4 dargestellt.

Symbol mit Farbe


unquittierte

Störung

(blinkend)

Das entsprechende Gerät ist gestört. Sobald der

Bediener die Störung quittiert hat, hört das Blinken auf.

Störung Das entsprechende Gerät ist gestört und quittiert.

Warnung

Das entsprechende Gerät hat einen undefinierten

Zustand. Ein Ventil steht beispielsweise zwischen AUF

und ZU.

AUS / ZU Das entsprechende Gerät ist AUS oder ZU.

EIN / AUF

Das entsprechende Gerät ist EIN oder AUF.

ohne Dynamik

Sämtliche Symbole oder Objekte, welche mit dieser

Farbe dargestellt werden, verfügen nicht über

Rückmeldungen.

Tabelle 3.4: Farben für Zustandsanzeigen und Aggregaten

22

3 HMI- System

• Farben zur Messwertdarstellung

Beim Anzeigen von Messwerten werden Farben benutzt, um unterschiedliche Zustände

unterscheiden zu können. Die unterschiedlichen Gruppen, sowie deren zugehörige Farben

sind in der Tabelle 3.5 beschrieben.

Symbol mit Farbe


unquittierte

Störung

(blinkend)

Die entsprechende Messung hat einen Grenzwert über-

oder unterschritten (z.B. Temperatur > MAX2). Die

Alarmhupe ertönt. Sobald der Bediener die Störung

quittiert hat, hört das Blinken auf.

Störung


oder unterschritten (z.B. Temperatur > MAX2).

unquittierte

Warnung

(blinkend)


oder unterschritten (z.B. Temperatur > MAX1). Die

Alarmhupe ertönt. Sobald der Bediener die Störung

quittiert hat, hört das Blinken auf.

Warnung


oder unterschritten (z.B. Temperatur > MAX1).

keine Störung

Dies ist die Hintergrundfarbe für ungestörte

Messwertanzeigen.

Sollwertvorgaben Sollwertvorgaben werden mit dieser Farbe unterlegt.

Tabelle 3.5: Farben zur Messwertdarstellung

23

3 HMI- System

• Farben für Rohrleitungen

Um den Inhalt von Rohrleitungen und damit deren Verwendung kenntlich zu machen,

werden die unten beschriebenen Farben in der Tabelle 3.6 verwendet.

Symbol mit Farbe


Wasserdampf Wasserdampfleitungen.

Gase Gasleitungen wie Stickstoff, Erdgas, Argon.

Sauerstoff Sauerstoffleitungen.

Vakuum / Luft

Vakuumleitungen mit brennbaren und nicht brennbaren

Gasen.

Wasser Trinkwasser, Kühlwasser.

Brennbare

Flüssigkeiten Toluol / Hexan und ähnliche Lösemittelleitungen.

Produktleitungen

Sämtliche Produktleitungen ob Fertig- oder

Zwischenprodukt.

sonstige Alle hier nicht genannten Leitungen.

Tabelle 3.6: Farben für Rohrleitungen

24

3 HMI- System

3.2.4 Allgemeine Kulturunterschiede

In Bezug auf eine Anlagenvisualisierung gibt es diverse Kulturunterschiede. In der Abbildung

3.2 sind satirisch Kulturunterschiede zwischen Asien und Europa dargestellt.

Kulturunterschiede können hierbei, z.B. das Essen mit unterschiedlichen Gegenständen

(Asiatischer Raum: Stäbchen/ Europäischer Raum: Messer und Gabel) oder die Größe der

Menschen (Asiatischer Raum: Kleinere Menschen/ Europäischer Raum: Größere Menschen)

sein.

Asien Europa Asien Europa

Abbildung 3.2: Allgemeine Kulturunterschiede [6]

Bezogen auf eine Anlagenvisualisierung sind solche Unterschiede Farben, Symbole und die

Sprache. Diese Kulturunterschiede spielen eine wichtige Rolle bei einer Planung eines

Bedien- und Beobachtungssystems.

25

3 HMI- System

• Farben

Farbzuordnungen wirken in vielen Kulturkreisen unterschiedlich. Eine Untersuchung der

Farbwirkung auf Bediener unterschiedlicher Herkunft hat folgendes Ergebnis: Gleiche

Farben haben unterschiedliche Wirkungen auf dem Menschen (siehe Abbildung 3.3) [1].

• Betriebszustand: Normaler Zustand

China Korea Indien DeutschlandBlau 40 %

China Korea Indien Deutschland

China Korea Indien Deutschland

Grün 80 %

Blau 20 %

Gelb 80 %

Grün 20 % Cyan 40 % Grün 20 %

• Betriebszustand: Allgemeine Information

• Betriebszustand: Warnung

Schwarz 60 %

Grün 40 %

Grün 60 % Cyan 20 %

Schwarz 20 % Grün 20 %

Schwarz 80 %

Cyan 20 %

Schwarz 80 %

Gelb 100 %

Rot 20 % Grün 40 %

Gelb 40 % Rot 100 %

Magenta 20 %

Gelb 80 %

Cyan 40 %

Grün 60 %

Abbildung 3.3: Signalwirkungen von Farben unterschiedlicher Kulturkreise [1]

Obwohl genormt, bedeuten diese Farbinterpretationen, dass Entwickler von

Bedienoberflächen den internationalen Standard 3DIN EN 60073 (IEC73) nicht als bekannt

voraussetzen müssen. Hierbei muss das menschliche Empfinden berücksichtigt werden.

Konkret kann man eine Standardisierung aber nur für einen Kulturkreis durchführen.

3 DIN EN 60073 (IEC73): Norm für die farbliche Codierung von Anzeigegeräten und Bedienteilen

26

3 HMI- System

In dieser Diplomarbeit ist der westliche Kulturkreis mit der eben genannten Norm

berücksichtigt.

• Symbole

Anlagenbediener aus unterschiedlichen Kulturkreisen können unterschiedliche Auffassungen

von Symbolen haben. Beispielsweise sehen Handlungsanweisungen oder Warnhinweise aus

Europa oder Asien unterschiedlich aus (siehe Abbildung 3.4). In Bezug auf die

unterschiedlichen Kulturkreise gibt es Unterschiede in der Informationscodierung, sowie im

Technikumgang. Diese Aspekte gilt es vor allem bei der Gestaltung von Bedienoberflächen

zu beachten. Bei der Umsetzung in einer Visualisierung sollte man deshalb einen

Kompromiss finden [1].

Symbol aus Europa (England)

Symbol aus Asien

Abbildung 3.4: Unterschiedliche Symbole mit gleichen Bedeutungen

27

3 HMI- System

• Sprache

Ein weiterer, offensichtlicher Kulturunterschied ist die Sprache. Dies wird häufig von

Entwicklern unterschätzt, da die meisten Entwickler einer Bedienoberfläche davon

ausgehen, dass englische Ausdrücke verstanden werden. Außerdem ist die Übersetzung in

eine andere Sprache ein Problem, da hierbei oft Fehler entstehen, da z.B. englische Begriffe

unterschiedliche Bedeutungen haben und deshalb falsch verstanden werden. Des Weiteren

variiert die Textlänge bei der Umsetzung in eine andere Sprache, so dass Entwickler einer

Visualisierung genügend Platz für Textfelder einplanen müssen. Bezüglich dieser Tatsachen

kann es zu Verständnisproblemen bei der Bedienung einer Anlage kommen. Dies hat zur

Folge, dass unnötige Stillstandszeiten entstehen. Der Mensch ist zwar lernfähig in Bezug auf

die Abläufe in der Bedienung. Dies ist zwar bei einfachen Anlagen möglich, aber bei

komplexeren Anlagen erhöht sich die Fehlerrate. Bei kritischen Bediensituationen kann es

dadurch zu folgenschweren Schäden, wie z.B. Personen- oder wirtschaftlichen Schäden

kommen (siehe Abbildung 3.5). Neben den Aspekten Symbolerkennbarkeit, Farbcodierung

und Sprache gibt es noch einen weiteren Punkt zum Umgang mit Problemen und deren

Lösungen, sowie die Gewohnheit der Kommunikation und Interaktion. Denn letztlich

„kommunizieren“ Anlagenbediener über die Bedienoberfläche mit der Maschine und

Handlungsanweisungen dürfen nicht interpretierbar sein [1].

Abbildung 3.5: Fehlbedienung

28

3 HMI- System

3.3 Darstellung von Stoff- und Prozessgrößen und Objekten

Stoff- und Prozessgrößen sind physikalische Größen, wie Drücke, Geschwindigkeiten,

elektrische Ströme oder Temperaturen. Die Darstellungen von Stoff- und Prozessgrößen in

einem Visualisierungsbild sollten dem Prozessverlauf eines R+I Fließbildes entsprechen. In

diesem Kapitel werden die unterschiedliche Fließbilder, die entsprechenden Messstellen,

sowie die Darstellung von Reglern, Trends, Betriebsarten und Objekten in einer

Visualisierung erklärt [11].

3.3.1 Fließbilder

Fließbilder verfahrenstechnischer Anlagen dienen der Verständigung von Entwicklern,

Planern, Monteuren und Betreibern und sind nach 4DIN 28004 genormt. Die Darstellung von

Experten- oder verfahrenstechnischen Darstellungen von Stoff- und Prozessgrößen einer

Bedienoberfläche erfolgt meistens aus einem R+I Fließbild (siehe Anhang A.2) heraus. Es

gibt drei Arten von Fließbildern: das Grundfließbild, das Verfahrensfließbild und das R+I

Fließbild [2, 5, 10, 11].

4 DIN 28004: Norm für Verfahrenstechnische Fließbilder

29

3 HMI- System

• Grundfließbild

Das Grundfließbild ist die Darstellung von verfahrenstechnischen Anlagen in einfachster

Form und wird auch Blockschema genannt. Die Darstellung erfolgt meistens in einer

Blockdarstellung, das heißt, dass Verfahrensabschnitte meistens durch Blöcke dargestellt

und durch Linien oder Pfeile verbunden sind (siehe Abbildung 3.6).

Abbildung 3.6: Beispiel Grundfließbild [11]

• Verfahrensfließbild

Das Verfahrensfließbild ist die Darstellung eines Verfahrens mit Hilfe von grafischen

Symbolen, die durch Linien verbunden sind. Die grafischen Symbole bedeuten Anlagenteile

(Maschinen) und die Linien sind für Materialien, Energien oder Stoffe. Das

Verfahrensfließbild ist die wichtigste Planungsunterlage für den Anlagenbau (siehe

Abbildung 3.7).

Abbildung 3.7: Beispiel Verfahrensfließbild [11]

30

3 HMI- System

• Rohr- und Instrumentierungsfließbild

Im Rohr- und Instrumentierungsfließbild ist die Darstellung des Prozesses noch detaillierter.

Das R+I Fließbild zeigt die Verknüpfungen der Leitungen, die Flussrichtungen und sämtliche

Einbauten einer Rohrleitung. Außerdem sind in einem R+I Fließbild die Messstellen von den

Stoff- und Prozessgrößen eingezeichnet, sowie sämtliche Wirklinien von Steuer- und

Regelungsorganen (siehe Abbildung 3.8 oder Anhang A.2).

Abbildung 3.8: Beispiel R+I Fließbild [11]

3.3.2 Messstellen

Die Messstellen von Stoff- und Prozessgrößen werden mit einer Buchstaben- und

Ziffernfolge bestimmt (siehe Abbildung 3.9). Die Buchstabenfolge gibt Auskunft über die

Funktion und Aufgabe der Messung und besteht aus einem Erstbuchstaben und eventuell

aus weiteren Folgebuchstaben. Die dazugehörige Ziffernfolge ist die Identifikationsnummer.

Diese Darstellung ist in der 5DIN 19227 genormt [11].

Ziffernfolge Buchstabenfolge PIC

1331

Abbildung 3.9: Beispiel einer Temperaturmessstelle

5 DIN 19227: Norm für Kurzzeichen in der EMSR- Technik

31

3 HMI- System

Die Bedeutung der einzelnen Buchstaben (Erstbuchstabe, Ergänzungsbuchstabe und

Folgebuchstabe) sind in der Tabelle 3.7 dargestellt.

Gruppe 1: Messgröße

Gruppe 2: Verarbeitung

Erstbuchstabe

Ergänzungsbuchstabe

Folgebuchstabe

A Grenzwertmeldung, Alarm B C Selbstständige Regelung/

Selbstständige Steuerung D Dichte Differenz E Elektrische Größen F Durchfluss, Durchsatz Verhältnis G Abstand, Länge, Stellung H Handeingabe,

Handeingriff

I Anzeige J („Scanning“) K Zeit L Stand M Feuchte N Frei verfügbar O Frei verfügbar Sichtzeichen,

Ja/Nein Aussage (kein Alarm)

P Druck Q Qualitätsgrößen Integral, Summe R Strahlungsgrößen Registrierung S Geschwindigkeit,

Drehzahl, Frequenz Schaltung, nicht fortlaufende

Steuerung T Temperatur („Transmitting“) U Zusammengesetzte

Größen

V Viskosität W Gewicht, Masse X Sonstige Größe Y Frei verfügbar Z + - /

Noteingriff, Sicherung durch Auslösung oberer Grenzwert, Zwischenwert, unterer Grenzwert

Tabelle 3.7: Bedeutung von Buchstaben an der Messstelle [11]

Die Buchstabenfolge „PIC“ aus der Abbildung 3.9 entspricht nach der Tabelle 3.7 eine

Druckanzeige mit einer selbständigen Regelung/ Steuerung (P: Druck, I: Anzeige, C:

Selbständige Regelung/ Steuerung).

32

3 HMI- System

3.3.3 Darstellung von Reglern

In der Gipsmahlanlage gibt es PID- Regelkreise, die wie folgt aufgebaut sind:

• Proportional- Glied (P- Glied)

• Integral- Glied (I- Glied)

• Differenzial- Glied (D- Glied)

Der PID- Regelkreis ist genau, schnell und universell einsetzbar und wird daher oft im

Anlagenbau bei diversen Regelungen (Durchflussregelungen, Temperaturregelungen oder

Druckregelungen) eingesetzt. In der Abbildung 3.10 ist dieser verwendete Regler in

Blockdarstellung dargestellt:

Abbildung 3.10: Blockdarstellung eines PID- Systems

Das Funktionsprinzip des allgemeinen PID- Reglers ist wie folgt: Als erstes wird der Sollwert

und der Prozesswert normiert. Anschließend wird zwischen dem Sollwert und dem

Prozesswert eine Regeldifferenz gebildet. Liegt die Differenz innerhalb eines Totbands, so

erfolgt kein Regeleingriff. Bei größeren Differenzen wird diese dem PID- Regelkreis

zugeführt und am Reglerausgang kommt die geregelte Stellgröße heraus (siehe Abbildung

3.10).

33

3 HMI- System

Aus ergonomischer Sicht sollten alle notwendigen Größen eines Reglers in der

Prozessvisualisierung dargestellt werden. Die wichtigsten Größen sind:

• Betriebsart (Automatik-/ Handbetrieb)

• Prozesssollwert

• Handstellwert

• Anzeigewerte (Sollwert, Prozesswert, Stellgröße und Rückgabesignal vom Stellglied)

• PID- Parameter (P-, I- oder D- Anteil) und Totband- Einstellungen

• Kurvenverläufe

Für die Erstellung einer Regler- Bedienoberfläche gibt es keine „genormten“ Vorgaben,

daher ist es sinnvoll, die oben genannten Funktionen in einem Block in der Visualisierung zu

verwenden. Der Aufbau eines Reglers in der Visualisierung könnte deshalb, wie folgt

aussehen (siehe Abbildung 3.11):

Totband

Name des Reglers

Auswahl der Betriebsart

Sollwerte

Anzeigewerte

PID- Regler Parameter

Auto Manu

Trend

Prozesssollwert Handstellwert

Sollwert Prozesswert Stellgröße Rückgabesignal

Proportional- Glied Integral- Glied/Zeit Differenzial- Glied/Zeit

0 mbar 0 %

0 0 s 0 s

Auswahl der Betriebsart

Kurvenverlauf einsehen

Einstellen des Sollwerts

Anzeigewerte

Einstellungen der PID- Regler- Parameter und des Totbands

Name des Reglers (hier: Differenzdruck

Mühle)

0

0 % 0 % 0 mbar 0 mbar

Abbildung 3.11: Aufbau einer Regleranalyse mit einer Visualisierung

34

3 HMI- System

Bei einem Vergleich zwischen dem Blockschaltbild (Abbildung 3.10) und dem Aufbau der

Visualisierung (Abbildung 3.11) ist zu erkennen, dass alle wichtigen Größen in der

Prozessvisualisierung auftauchen (PID- Parameter und Sollwerte), sowie diverse Tasten

(Trend, Auto und Manu). Die Taste Trend öffnet nach Betätigung ein Fenster mit den

entsprechenden Kurvenverläufen (Sollwert, Prozesswert, Stellgröße und Rückgabesignal).

Mit diesen Kurvenverläufen kann der Bediener den Regler beobachten und diese

Informationen verwenden, um eine Regleroptimierung vorzunehmen. Mit der Taste Auto wird

der Reglerausgang durch den PID- Regelalgorithmus bestimmt und die Taste Manu ist für

die manuelle Stellwertvorgabe vorgesehen.

3.3.4 Darstellung von Trends

Die Trenddarstellungen von Prozessgrößen geben eine Übersicht über den Prozessverlauf.

Durch diese Übersicht sind Abweichungen vom Normalzustand schon während des

laufenden Prozesses erkennbar und entsprechende Maßnahmen können durchgeführt

werden, um den Normalzustand wiederherzustellen.

Bei sogenannten Trendanalysen sollten möglichst mehrere Trends gegenübergestellt

werden, um die gegenseitige Beeinflussung und Vergleichbarkeit zu erkennen. Vorteil von

solchen Trenddarstellungen ist die bessere Beurteilung von Kurvenverläufen, sowie die

rechtzeitige Erkennung von Störungen, bzw. von Fehlern in einer Anlage.

Um Trends gut darzustellen werden die Kurven sinnvoll in Gruppen zusammengefasst. Dies

hat zur Folge, dass der Bediener eine bessere Übersicht über den laufenden Prozess

bekommt. Man kann, z.B. alle Daten vom Hauptventilator, wie Drehzahl, Lagertemperaturen

und Lagerschwingungen in einem Trendbild anzeigen lassen. So hat der Anlagenbediener

eine generelle Übersicht von dem Hauptventilator und kann bei negativen Prozess-

Veränderungen schnell eingreifen. Folgende Funktionalitäten sind in einem Trendbild

möglich:

• Zeitbereich vergrößern

• Zeitbereich verkleinern

• Zeitbereich einstellen

• Auswahl Echtzeittrends

• Auswahl historische Trends

35

3 HMI- System

3.3.5 Darstellung von Betriebsarten

In automatisierten Anlagen gibt es zwei Betriebsarten (Automatik- und Handbetrieb). Im

Automatikbetrieb wird die Anlage nach einer bestimmten Startsequenz (siehe Kapitel 5.1)

automatisch gestartet, bzw. gestoppt. Im Handbetrieb ist es möglich die Anlage manuell zu

bedienen. Der Bediener kann hier Gruppen (Getriebe, Hauptventilator, Mühle, usw.) gezielt

ein- und ausschalten. Zu einer Gruppe gehören immer bestimmte Komponenten, wie z.B.

Ventile oder Motore. Die Gruppen sind gegeneinander verriegelt, so dass der Bediener aus

Sicherheitsgründen eine bestimmte Einschaltreihenfolge auch im Handbetrieb einhalten

muss. Für die Darstellung von Betriebsarten und deren Bedingungen gibt es keine

„genormten“ Vorgaben für eine Visualisierung, deshalb sind die Gruppen zwecks Übersicht

in verschiedene Popup- Fenster aufgeteilt. Diese Popup- Fenster können folgendermaßen

aussehen (siehe Abbildung 3.12):

Umschaltung der

Betriebsarten

Name der Gruppe/Anlage

Ein- und Ausschalten einer

Gruppe/Anlage

Statusanzeige

Anzeige Betriebsart

Abbildung 3.12: Darstellung von Betriebsarten

Der Aufbau dieser Popup- Fenster sieht so aus, dass der Name einer Gruppe im obersten

Teil des Fensters angezeigt wird. In der Abbildung 3.12 ist die Betriebsartenumschaltung

dargestellt. Die Bedienung der Anlage, bzw. einer Gruppe und die Statusanzeige befinden

sich unterhalb dieser Umschaltung. Anhand der Statusanzeige (Zustandsanzeige) kann man

den aktuellen Betriebszustand (Fehler oder ähnliches) einer Anlage, bzw. einer Gruppe

erkennen (Farbcodierungen der Statusanzeige sind im Anhang A.4 dargestellt).

36

3 HMI- System

3.3.6 Darstellung von Objekten

Objekte, wie z.B. Motore oder Ventile können in den unterschiedlichsten Formen dargestellt

werden. Der Entwickler kann diese Objekte so anzeigen und zum „Leben“ erwecken, dass

der spätere Anlagenbediener sie versteht. Wichtig hierbei ist es, dass der Entwickler der

Visualisierung sich Gedanken, um den Anlagenprozess macht, da unnötige Objekte, wie z.B.

Schalldämpfer oder ähnliches den Bediener irritieren und von dem Prozess ablenken

könnten. Diese unnötigen Objekte werden weglassen. Es gibt drei verschiedene

Möglichkeiten ein Objekt darzustellen (siehe Tabelle 3.8): die Realdarstellung (Grafik), die

R+I Darstellung und die Echtdarstellung (Foto).

Realdarstellung (Grafik)

R+I Darstellung

Echtdarstellung (Foto)

M

Tabelle 3.8: Verschiedene Möglichkeiten der Objektdarstellung

Da diese Objekte weltweit verwendet werden, scheint die R+I Darstellung am sinnvollsten.

Die R+I Darstellung ist am verständlichsten und hat einen hohen Wiedererkennungswert

eines Bauteils. Aus diesen genannten Gründen kann die Darstellung diverser Objekte

(Motore, Ventile, Klappen, usw.) aus einem R+I Fließbild entnommen und mit

entsprechenden Farbumschlägen animiert werden. Diese Darstellungsart ist jedoch nicht

zwingend.

37

3 HMI- System

3.4 Umsetzung einer Visualisierung

Die einzelnen Schritte der Vorgehensweise von der Umsetzung bis hin zum Test eines

Visualisierungssystems sind in diesem Blockdiagramm (siehe Abbildung 3.13) grafisch

dargestellt.

Abbildung 3.13: Blockdiagramm der Vorgehensweise

38

3 HMI- System

39

Die optimale Vorgehensweise zur Erstellung eines Visualisierungssystems sieht

folgendermaßen aus:

• Anlage verstehen

• Festlegung von Farben und Symbole

• Fließbilder, Fotos und Graphiken einlesen

• Bedienphilosophie festlegen

• Statische Bilder erstellen

• Vereinbarung der Variablennamen mit den SPS Zuordnungen der Prozessvariablen

• Statische Bilder dynamisieren

• Alarme und Meldungen festlegen

• Trends zusammenstellen

• Installation und Test der Prozessanbindungen

Wonderware InTouch

4 Wonderware InTouch

In diesem Kapitel ist die Visualisierungssoftware InTouch und deren wichtigste

Programmteile beschrieben. Dazu sind die Schnittstelle zwischen SPS und InTouch, der

Aufbau des InTouch Programms, die Variablenliste, die wichtigsten Funktionen, wie z.B.

Farbumschläge, Sprachumschaltung, sowie Alarme und Trends erläutert [3, 12].

Das HMI- System InTouch ist eine weltweit führende HMI- Software und ermöglicht ein

schnelles und leistungsstarkes Erstellen und Ändern von Anwendungen. InTouch- Projekte

werden weltweit in einer Vielzahl verschiedener Märkte, wie in der Lebensmittel-

verarbeitenden Industrie, in der Halbleiterherstellung, der Petrochemie und in der

Energiewirtschaft, in der Automobilindustrie, der chemischen und pharmazeutischen

Industrie, in der Papierverarbeitung, im Transportwesen, in Versorgungsbetrieben und vielen

weiteren Sparten eingesetzt. InTouch arbeitet 6objektorientiert und bedienerfreundlich. Des

Weiteren hat InTouch eine konfigurierbare Grafik, umfassende Kommunikationsanbindungen

und eine flexible Architektur. Damit kann der Anwender Applikationen schnell an die

Unternehmensstandards anpassen und diese gleichzeitig einsetzen, um eine höhere

Produktivität und Effizienz zu erzielen.

InTouch besteht im Wesentlichen aus drei Hauptprogrammen, dem InTouch Projekt-

Manager, WindowMaker und WindowViewer. Mit dem InTouch Projekt- Manager werden die

angelegten Projekte organisiert. Das Programm wird außerdem zum Konfigurieren von

WindowViewer als Dienst für Client/ Server- orientierte Architekturen eingesetzt.

WindowMaker ist eine Entwicklungsumgebung, in der objektorientierte Grafiken zur

Entwicklung animierter, berührungsempfindlicher (bedienbarer) Anzeigefenster eingesetzt

werden. Diese Anzeigefenster können mit industriellen E/A- Systemen und anderen

Microsoft Windows- Anwendungen verbunden werden. WindowViewer ist eine

Laufzeitumgebung zum Anzeigen von Grafikfenstern, die mit WindowMaker erstellt wurden.

WindowViewer führt Skripte aus und ist verantwortlich für die Archivierung und

Berichterstellung von Daten, sowie Prozessalarmen.

6 Objektorientiert bezeichnet die Eigenschaft einer Programmiersprache oder Benutzeroberfläche, deren Grundelemente als Objekte bezeichnet werden.

40


4.1 Schnittstelle zwischen SPS und InTouch

Die Anbindung von InTouch mit der SPS erfolgt über Industrial Ethernet. Um eine

Schnittstelle mit einer SPS herzustellen, gibt es in InTouch einen „System Manager“ (siehe

Abbildung 4.1). In diesem Manager kann der Entwickler die Netzwerkadresse von der SPS

(hier: S7-300 von Siemens) und die Steckplatzadressierung der CPU (hier: Adresse 2)

eingeben, so dass man eine Verbindung zwischen dem HMI- System und der SPS herstellen

kann. Außerdem muss die Schnittstellendefinition mit einem „Topic“ verknüpft werden (hier:

„S7_300“). „S7_300“ ist die Entwicklungsumgebung der SPS und übernimmt den

Datenaustausch mit der Steuerungs- Hardware (S7-300).

Netzwerkadresse

Steckplatzadressierung

Abbildung 4.1: Schnittstelle zu der SPS

41


Um anschließend die E/A- Verbindung herzustellen geht man nach folgendem Prinzip vor: Im

WindowMaker- Explorer von InTouch unter dem Pfad „Configure Access Name“ gelangt

man in das Konfigurations- Fenster für die E/A- Verbindung (siehe Abbildung 4.2). Im Feld

„Access Name“ wird der Zugriffsname festgelegt und im Feld „Node Name“ wird der

Knotenname eingefügt. Dies kann beispielsweise der Name oder die IP- Adresse des

Computers sein. Die Art der Verbindung, mit der die Laufzeitumgebung (WindowViewer) von

InTouch kommunizieren soll, wird im Feld „Application Name“ eingetragen. In diesem Fall ist

dies DASSIDirect (Kommunikation InTouch mit einer SPS von der Firma Siemens). Im Feld

„Topic Name“ wird dann auf die Verbindung verwiesen. Als nächstes wird „Advise only active

items“ ausgewählt, was bedeutet, dass nur die im Fenster sichtbaren Objekte und die

zugehörigen Skripte abgefragt werden. Zuletzt kann noch eine andere Bedienstation

eingetragen werden (insofern vorhanden), um eine Redundanz zwischen den Stationen

herzustellen. Die Konfiguration der E/A- Verbindung ist damit abgeschlossen.

Zugriffsname Name des Computers

Verbindungs- Protokoll

Entwicklungsumgebung

Redundante Station

einfügen

Abbildung 4.2: Konfiguration der E/A- Verbindung

42


4.2 WindowMaker Programmelemente

WindowMaker ist die Entwicklungsumgebung von InTouch. Die grafische Benutzeroberfläche

in WindowMaker entspricht den Windows- Standards. Der WindowMaker- Projekt- Browser

macht es mit seinem grafischen Aufbaus einfach, sich in einem InTouch- Projekt

zurechtzufinden und diese zu konfigurieren. Aus folgenden Komponenten besteht der

WindowMaker- Projekt- Browser (siehe Abbildung 4.3):

1. Die grafische Benutzeroberfläche in WindowMaker

2. Der Projekt- Browser

3. WindowMaker- Symbolleisten, um Objekte zu erstellen

4. Das WindowMaker- Lineal

5. Die WindowMaker- Statusleiste

6. Symbolleiste „Schwenk/Zoom"

4. Lineal 5. Statusleiste 6. „Schwenk/Zoom“

3. Symbolleisten

1. Grafische Benutzeroberfläche

2. Projekt- Browser

Abbildung 4.3: WindowMaker- Programmelemente

43


4.3 Variablenliste

Die Variablenliste bildet gewissermaßen das „Herzstück" von InTouch. Sie enthält

Informationen zu allen im Projekt verwendeten Variablen. Sie gliedert sich in zwei

Komponenten:

• Die Entwurfszeit- Variablendatenbank, die von WindowMaker (Entwicklungsumgebung)

verwaltet und im Projektverzeichnis gespeichert wird.

• Die Laufzeitdatenbank, die von WindowViewer (Umgebung zur Laufzeit) verwaltet und im

Arbeitsspeicher des Rechners abgelegt wird.

Jeder Variable muss im WindowMaker einem Namen und einem Typ zugeordnet werden.

Für jede Variable benötigt InTouch zusätzliche Informationen, die InTouch mitteilen, von wo

der entsprechende Wert abgerufen werden kann und wie dieser skaliert werden soll. Darüber

hinaus können der Anfangswert, die Skalierung, die Datenarchivierung und viele andere

Punkte eingestellt werden (siehe Abbildung 4.4).

Name und Typ der Variable

Variable aus der SPS (hier: DB16.DBD 92)

Archivierung der Trends

Archivierung der Meldungen

Skalierungen

Zugriffsname

Abbildung 4.4: Variablenliste

44


4.4 Funktionen von InTouch

Wonderware InTouch besitzt diverse Funktionen. In den nachfolgenden Punkten sind die

wichtigsten und notwendigsten Funktionen von InTouch erläutert.

• Aktionsfenster

Um Aktionen auszuführen gibt es in InTouch ein Aktionsfenster (siehe Abbildung 4.5). In

diesem Aktionsfenster hat der Entwickler verschiedene Möglichkeiten Objekte zu animieren.

Abbildung 4.5: InTouch Funktion - Aktionsfenster

45


• Farbumschläge

Um Farbumschläge anzeigen zu lassen, kann man bei Wonderware InTouch eine

entsprechende Funktion im Aktionsfenster (Füllfarbe Analog) ausführen, damit z.B. ein

Antriebssymbol bei einer Fehlermeldung die Farbe wechselt. Um Farbumschläge in einem

Bauteil einzufügen, geht man nach folgendem Prinzip vor (siehe Abbildung 4.6):

1. Öffnen des Aktionsfenster

2. Aktion ausfüllen (Füllfarbe Analog)

3. Variable zuordnen

4. Farbprinzip anlegen (Grenzwerte/Farben)

1. Öffnen des Aktionsfensters

2. Aktion auswählen (Füllfarbe Analog)

4. Farbprinzip anlegen 3. Variable zuordnen

Abbildung 4.6: InTouch Funktion - Farbumschläge

In diesem Beispiel sind Grenzwerte der Variable „INSTR_LSH1091“, unterschiedliche

Farben zugeordnet (Wert 0 ≙ grau, Wert 1 ≙ weiß, Wert 2 ≙ grün, usw.).

46


• Skript

Ein Skript ist eine Ausführung eines Programms zur Laufzeit. Dieses Programm kann, z.B.

durch einen Tastendruck gestartet werden. Um ein Skript zu öffnen, klickt der Bediener auf

die Taste Aktion im Aktionsfenster. Als nächstes kann man dann die gewünschte Funktion in

der Programmiersprache Visual Basic eingeben (siehe Abbildung 4.7). Dieses Menü besteht

aus einem Ausführungsmenü, das heißt, wann soll das Skript ausgeführt werden (linke

Maustaste gedrückt, rechte Maustaste gedrückt, usw.), sowie diversen Funktionen

(Bildfenster anzeigen, Bit setzen, usw.).

Ausführungsmenü Diverse Funktionen Programmierfenster

Abbildung 4.7: InTouch Funktion - Skript

In diesem Skript werden über die Funktion „Show“ zwei Fenster geöffnet, sowie der

Variablen „Historian_Local_Button“ den Wert „1“ und der Variablen „General_Button“ den

Wert „0“ zugewiesen. Die Ausführung des Skripts erfolgt, wenn man auf ein Objekt mit der

linken Maustaste klickt und diese dann loslässt.

47


• Objekt- „Tooltip“

Ein „Tooltip“ ist, wenn der Bediener den Mauszeiger zur Laufzeit über ein Objekt bewegt und

dann ein Informationstext über dieses Objekt erscheint. Im Aktionsfenster von InTouch ist es

möglich einen statischen Text als „Tooltip“ einzugeben, um Informationen von einem Objekt

zu hinterlegen. Hierzu betätigt man im Aktionsfenster die Taste „Tooltip“. In diesem Menü

kann der Entwickler einen Ausdruck oder einen statischen Text hinter einem Symbol

hinterlegen (siehe Abbildung 4.8). Dieser „Tooltip“ wird im WindowViewer angezeigt, indem

der Bediener mit dem Mauszeiger über das entsprechende Symbol geht.

Abbildung 4.8: InTouch Funktion - Tooltip

In diesem Beispiel wird ein statischer Text („IT1311: Mill motor current“) als „Tooltip“

hinterlegt.

48


4.5 Sprachumschaltung

Um eine Inbetriebnahme zu vereinfachen, gibt eine Sprachumschaltung, damit keine

Kommunikationsprobleme bei der Anlagenbedienung auftreten. Um eine Sprachumschaltung

zu realisieren geht man in InTouch nach folgendem Prinzip vor:

1. Öffnen des Projekts, für das man die Sprachen konfigurieren möchte.

2. Im Menü Spezial (engl. special), den Menüpunkt Sprache einrichten (engl. configure

language) auswählen (siehe Abbildung 4.9).

Menüpunkt Spezial

Spracheinrichtung

Abbildung 4.9: Konfiguration der Sprachumschaltung

49


3. Das Dialogfeld Sprache einrichten wird angezeigt. Hier kann man beliebig viele Sprachen

einfügen. Jede Sprache verfügt über eine Gebietsnummer (siehe Abbildung 4.10).

Sprache einfügen Gebietsnummer

Abbildung 4.10: Dialogfeld Sprache 4. Anschließend kann man die Texte des Projektes in eine Excel Tabelle exportieren

(Wortliste exportieren) und bearbeiten und dann wieder in das InTouch- Projekt

importieren (Wortliste importieren).

5. Um die Sprachumschaltung zu aktivieren wird diese auf eine Taste gelegt. Hierfür öffnet

man das Aktionsfenster der entsprechenden Taste und erstellt ein Skript. In diesem

Skript weist man die Gebietsnummer der jeweiligen Sprache der Systemvariable

$Language zu. In dem Beispiel (siehe Abbildung 4.11) wird die Gebietsnummer 1033 auf

die Systemvariable gelegt. Wird nun die Taste betätigt werden die Texte in die jeweilige

Sprache der Gebietsnummer umgeschaltet.

Doppelklick auf ein Objekt

Zuweisung der System-variable $Language auf

eine Gebietsnummer

Abbildung 4.11: Aktivierung der Sprachumschaltung

50


4.6 Alarme/ Ereignisse

InTouch verfügt über ein Meldesystem, dass den Bediener über Prozess- und

Systemzustände informiert. Dieses System unterstützt die Anzeige, Aufzeichnung von

Prozessalarmen und Systemereignissen. InTouch verfügt über zwei Meldungstypen (Alarme

und Ereignisse), die den Bediener über die Prozessaktivität informiert.

Alarme sind Warnungen und Störungen, die Probleme verursachen können und ein

Eingreifen des Bedieners erfordern. Ein typischer Alarm wird ausgelöst, wenn ein

Prozesswert einen benutzerdefinierten Grenzwert überschreitet. Der gekommene Alarm

befindet sich in einem nicht quittierten Status und der Bediener wird darüber informiert das

ein Problem besteht. Sobald der Bediener den Alarm quittiert hat, geht das System in den

Status quittiert zurück. InTouch kann so konfiguriert werden, dass ein Alarm auch dann

quittiert werden muss, wenn die Umstände, die den Alarm ausgelöst haben, behoben

worden sind. Alarme müssen quittiert werden, so ist sichergestellt, dass der Bediener den

Alarm zur Kenntnis nimmt.

Bei entsprechender Konfiguration kann InTouch darüber hinaus Ereignisse in der

Alarmdatenbank speichern. In InTouch kann man eine beliebige Variable zur

Ereignisüberwachung konfigurieren. Wenn man eine Variable für die Ereignisüberwachung

definiert, wird bei jeder Wertänderung einer Variablen eine Ereignismeldung im Alarmsystem

aufgezeichnet. Die Ereignismeldung zeichnet auf, wie sich der Wert ändert.

51


4.7 Echtzeit- und Archivierungstrenddiagramme

InTouch verfügt über zwei Typen von Trenddiagrammen: Echtzeit- Diagramme und

Archivierungs- Diagramme. • Echtzeit- Diagramme

Echtzeittrends sind dynamisch. Sie werden zur Laufzeit kontinuierlich aktualisiert.

• Archivierungs- Diagramme

Archivierungs-Trenddiagramme stellen die Daten zu einem bestimmten Zeitpunkt in der

Vergangenheit dar. Sie sind nicht dynamisch. Im Unterschied zu Echtzeit- Trenddiagrammen

werden Archivierungs- Trenddiagramme nur durch Ausführung eines Skripts oder durch eine

Benutzeraktion (z. B. durch klicken auf eine Schaltfläche) aktualisiert.

Nach folgendem Prinzip wird ein Trenddiagramm (hier: Archivierungs- Diagramm) erstellt:

1. Auswahl des Werkzeugs „Archivierungs- Diagramm“ in der Symbolleiste im

WindowMaker.

2. Den Trend in die Grafische Benutzeroberfläche ziehen und die gewünschte Größe des

Trends mit der Maus festlegen (siehe Abbildung 4.12). Trendobjekte verhalten sich

genau wie andere in WindowMaker gezeichnete Objekte.

Auswahl eines Trends in der Symbolleiste

Abbildung 4.12: Erstellung eines Archivierungs- Diagramm

52


53

3. Durch Doppelklicken auf das Diagramm öffnet sich das Konfigurationsdialogfeld (siehe

Abbildung 4.13). In diesem Konfigurationsdialogfeld können die Trendstifte für die Kurven

definiert werden.

Definition der Trendstifte

Abbildung 4.13: Definieren der Trendstifte

5 Zielgerichtete Fehlersuche von Störungen


Die Beseitigung von Fehlern bedeutet, den Ursachen möglichst weit auf den Grund zu

gehen. Mit einer zielgerichteten Fehlersuche können sich Zustände einer Anlage schnell

überprüfen, Fehler diagnostizieren und beseitigen lassen. Bei einer zielgerichteten

Fehlersuche von Störungen ist aus ergonomischer Sicht zu beachten, dass

Gruppenaufteilungen, eine einfache und eindeutige Symbolik, Abschaltungssequenzen und

Gruppenstatusanzeigen vorhanden sind. Die Visualisierung der Gipsmahlanlage wurde nach

den obigen Kriterien so konzipiert, dass die genannten Bedingungen über verschiedene

Popup- Fenster und einer entsprechenden Meldezeile angezeigt werden, um die

Fehlersuche zu vereinfachen und um Fehler, bzw. Störungen schnell zu beheben.

5.1 Startsequenz

Die Gipsmahlanlage wird nach einer bestimmten Startsequenz angefahren, die wie folgt

aussieht [8]:

1. Mühlengetriebe

2. Hauptventilator

3. Drehrohrkühler und Transport zum Silo

4. Filter

5. Heißgaserzeuger

6. Mühle

7. Material- Aufgabe

54


5.2 Abschaltungssequenzen/-szenarien

Es sind drei unterschiedliche Abschaltungssequenzen/-szenarien bei CP für die

Gipsmahlanlage festgelegt: Die „Normale- Abschaltung“ (engl. normal shutdown), die

„Schnelle- Abschaltung“ (engl. fast shutdown) und die „Not- Abschaltung“ (engl. emergency

shutdown) [8].

• „Normale- Abschaltung“

Die Gipsmahlanlage ist in verschiedene Gruppen (Mühlengetriebe, Hauptventilator,

Drehrohrkühler, Filter, HGG, Mühle und Material- Aufgabe) unterteilt. „Normale-

Abschaltung“ bedeutet, dass die Gruppen nacheinander in umgekehrter Reihenfolge der

Startsequenz abgeschaltet werden. Diese Abschaltung entsteht, z.B. durch

Temperaturüberschreitungen. Die entsprechende Fehlermeldung wird in einem Popup-

Fenster und in einer Meldezeile angezeigt. Der Neustart der Anlage erfolgt entsprechend der

Startsequenz.

• „Schnelle- Abschaltung“ (Anlagen- und Umweltschutz)

„Schnelle- Abschaltung“ bedeutet, dass die einzelnen Gruppen sofort abgeschaltet werden.

Die Gruppe Filter und Hauptventilator bleiben in Betrieb. Die schnelle Abschaltung erfolgt

wenn, z.B. ein Silofüllstand überschritten wird. Es wird eine entsprechende Fehlermeldung in

einem Popup- Fenster und in einer Meldezeile dargestellt. Der Neustart der Anlage erfolgt

entsprechend der Startsequenz.

• „Not- Abschaltung“ (Personenschutz)

„Not- Abschaltung“ bedeutet, dass Alles ausgeschaltet wird. „Die Not- Abschaltung“ entsteht,

z.B. durch die Betätigung eines Not- Aus- Schalters. Hier wird auch wieder eine

entsprechende Fehlermeldung in einem Popup- Fenster und in einer Meldezeile dargestellt.

Um die Anlage wieder in Betrieb zu nehmen ist es erforderlich eine Vorort- Kontrolle

durchzuführen.

Durch die Abfahrsequenzen, bzw. -szenarien kann der Anlagenbediener anhand von

Anzeigen in den jeweiligen Popup- Fenster und in einer Meldezeile erkennen, wo Fehler mit

welchen Auswirkungen aufgetreten sind. Mit diesen Abschaltungsbedingungen kann der

Bediener die Fehler schnell eingrenzen und entsprechend beheben.

55


56

5.3 Gruppenstatusanzeigen

Um eine Gruppe (Mühlengetriebe, Hauptventilator, Drehrohrkühler, usw.) starten zu können,

gibt es sogenannte Vorbedingungen. Diese Bedienungen müssen erfüllt sein, um die Gruppe

zu starten und um die Anlage in Betrieb zu nehmen. Diese Bedingungen sind:

„Startbedingungen“ (engl. ready conditions), „Einschaltbedingungen“ (engl. preconditions)

und „Störung“ (engl. malfunctions) [8].

• „Startbedingungen“

„Startbedingungen“ sind der Gruppe zugeordnete Zustände. Diese Zustände werden in

einem Popup- Fenster durch die detaillierte Anzeige der Gruppenstatusanzeige dargestellt.

„Startbedingungen“ sind bestimmte Komponenten (z.B. Lagertemperatur) innerhalb der

Gruppe (z.B. Hauptventilator), die in Ordnung sein müssen, um die jeweilige Gruppe in

Betrieb zu nehmen.

• „Einschaltbedingungen“

„Einschaltbedingungen“ sind vor- und nachgeschaltete Prozesse, die in Ordnung sein und

ggf. laufen müssen. Diese Prozesse dienen der Einhaltung von Startsequenzen und der

Gruppenverriegelung. Diese Zustände werden in einem Popup- Fenster durch die detaillierte

Anzeige der Gruppenstatusanzeige dargestellt.

• „Störung“

„Störungen“ sind der Gruppe zugeordnete Fehlerzustände. Diese „Störungen“ werden in

einem entsprechendem Popup- Fenster durch die detaillierte Anzeige der

Gruppenstatusanzeige dargestellt. Wenn eine „Störung“ vorhanden ist, kann die

entsprechende Gruppe nicht gestartet werden. „Störungen“ können

Temperaturüberschreitungen sein.

Durch diese Gruppenstatusanzeige kann der Bediener eine zielgerichtete Fehlersuche

durchführen.

6 Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme

6 Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme

Simulierte Abläufe in Anlagen und Prozessen zeigen dem Anlagenbediener, das Verhalten

der Anlage bei unterschiedlichen Prozesszuständen. Durch eine Anlagensimulation im

Vorwege ist es einfach Fehler in der Programmierung zu lokalisieren und zu beheben, als

vor Ort bei der Inbetriebnahme. Mit Simulationen ist es möglich, die Prozessabläufe und das

Zusammenspiel der Sequenzen zu prüfen. Es ist zwar anfangs zeitaufwändiger, aufgrund

der notwendigen Testsoftware, aber dadurch werden verschiedene Dinge, wie z.B. richtiger

Ablauf der Startsequenzen oder die richtige Farbdarstellungen der Anzeigen getestet. Die

Anlagensimulation ist insbesondere für größere Anlagen sinnvoll, da unnötige Zeit für die

Fehlersuche bei der Inbetriebnahme eingespart wird. Dadurch kann auf zusätzliches

Personal (2. Programmier) vor Ort verzichtet werden.

Die Vorteile von Anlagensimulationen vor der Inbetriebnahme sind deshalb:

• Zeitersparnisse bei der Fehlersuche innerhalb des Projekts bei der Inbetriebnahme

• Kostenersparnisse

• Rechtzeitige Erkennung von Programmierfehler

• Fehler können schon in der Simulation gefunden und behoben werden

• „Schnellere“ Inbetriebnahme

Der Nachteil bei der Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme ist:

• Anfangs zeitaufwändiger, wegen einer zusätzlichen Testsoftware

Die Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme ist sinnvoll bei größeren Anlagen, da die

positiven Punkte bei einer Simulation überwiegen. Es ist zwar am Anfang zeitaufwändiger,

aber die dafür verbrauchte Zeit spart man zum Großteil bei der Inbetriebnahme wieder ein.

57

7 Anlagenvisualisierung


Die Anlagenvisualisierung ist mit dem HMI- System Wonderware InTouch realisiert. In den

nächsten Kapiteln ist der Systemaufbau der Bedienstationen, die Datenarchivierung und die

allgemeine Bedienung der Gipsmahlanlage aus der Sicht des Bedienpersonals beschrieben.

Die Visualisierung der Gipsmahlanlage ist nach dem R+I Fließbild (siehe Anhang A.2)

erstellt.

7.1 Systemaufbau

Die Bedienung der Gipsmahlanlage erfolgt über zwei Bedienstationen. Die Bedienstationen

der Gipsmahlanlage sind so realisiert, dass sobald ein Rechner ausfällt, der andere Rechner

die Funktionen automatisch übernimmt. Diese Methode ermöglicht einen redundanten

Betrieb, dass heißt die Bedienstationen werden parallel betrieben und erhöhen dadurch die

Verfügbarkeit. Die Verfügbarkeit eines technischen Systems ist das Verhältnis aus der Zeit

bis zu einem Fehler (MTTF) und der Summe von der mittleren Reparaturzeit (MTTR) plus

der Zeit bis zu einem Fehler (MTTF). Diese Summe wird auch als MTBF genannt [11].

MTBFMTTF

MTTRMTTFMTTFV =+

= (Gl. 7.1)

Zum Vergleich ist einmal die Verfügbarkeit zwischen einer einzelnen Station und einer

parallelen Station ermittelt worden (siehe Abbildung 7.1).

Einzelne Station Parallele Station

V

V

V

Abbildung 7.1: Darstellung von unterschiedlichen Bedienstationen (Einzeln/Parallel)

58


Durch folgende Formel kann die Parallele Verfügbarkeit Vges aus der Abbildung 7.1

berechnet werden:

(Gl. 7.2) 2ges. VVVV −+=

Nimmt man an, dass eine Bedienstation eine Verfügbarkeit von V = 90 % besitzt und setzt

diesen Wert in die Gleichung 7.2 ein, kommt man zu folgendem Ergebnis bei parallelen

Bedienstationen:

%990,990,900,900,90V 2ges. ==−+= (Gl. 7.3)

Beim Vergleich zwischen dem Ergebnis von einer Station (Vges. = 90 %) und dem Ergebnis

von den Parallelen Stationen (Vges. = 99 %) kommt man zu folgendem Ergebnis, dass sich

die Gesamtverfügbarkeit um 9 % zu einer Einzelstation bei einer Annahme von V = 90 %

erhöht. Dieses erhöht die Verfügbarkeit und erspart Kosten bei einem Ausfall einer

Bedienstation, da ein nahtloses Umschalten möglich ist. Außerdem ist diese Redundanz

sicherer, da eine Prozessstörung bei nur einer einzelnen Station fatale Folgen

(Umweltgefährdung, Personengefährdung oder Wirtschaftliche Folgen Anlagenausfall

Finanzausfall) hätte. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde deswegen ein höherwertiges

System eingesetzt.

Da für die Realisierung ein InTouch System verwendet wird (siehe Kapitel 3) und InTouch

mit zwei Rechnern die historischen Trendarchive bei einem Rechnerausfall nicht abgleichen

kann, wird ein dritter Rechner verwendet. Dieser dritte Rechner, der sogenannte Historian-

Server speichert, bzw. archiviert die Trend- Daten/Kurven eines historischen Trends. Beide

InTouch- Bedienstationen beziehen ihre historischen Trend- Daten/Kurven von diesem

Server. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beide Bedienstationen immer über gleiche

Trend- Daten/Kurven verfügen. Parallel dazu speichern die beiden InTouch- Bedienstationen

diese Daten auf Ihrer eigenen Festplatte. Ohne Verwendung des Historian- Servers würde

es zu einer Lücke für die Ausfalldauer der Bedienstation bei der Anzeige von historischen

Trends kommen. Die Alarm- Archive werden auf der Festplatte der jeweiligen Bedienstation

gespeichert und untereinander abgeglichen.

59


Der Aufbau dieser Realisierung sieht folgendermaßen aus und ist in Abbildung 7.2 allgemein

dargestellt:

Bedien-/ Entwicklungsstation

PC3201 Bedienstation

PC3202 Historian- Server

PC3203

Ethernet SPS

Abbildung 7.2: Allgemeine Darstellung der Bedienstationen in dem Projekt

Die Bedienstationen PC3201 und PC3202 werden jeweils für die Bedienung der Anlage

benutzt, wobei die Station PC3201 zusätzlich als Entwicklungsstation genutzt wird. Die

Station PC3203 dient ausschließlich als Historian- Server. Dieser Server holt die aktuellen

Werte aus der SPS und aktualisiert dann die historischen Trendarchive. Die Rechner

PC3201 und PC3202 greifen lesend auf das historische Trendarchiv des Servers zu.

60


Fällt nun die Bedienstation PC3201 oder die Bedienstation PC3202 aus, geschieht folgendes

(siehe Abbildung 7.3):

oder

Bedien-/ Entwicklungsstation PC3201

BedienstationPC3202

Historian- Server PC3203

Ethernet SPS

Abbildung 7.3: Ausfall der Bedienstation PC3201 oder PC3202

Es können auf den ausgefallenen Rechner keine Trenddaten mehr aktualisiert werden. Nach

Wiederkehr des ausgefallenen Rechners, greift dieser wieder lesend auf den Historian-

Server zu.

61


Fällt nun der Historian- Server PC3203 aus, geschieht folgendes (siehe Abbildung 7.4):

Bedien-/ Entwicklungsstation PC3201

BedienstationPC3202

Historian- Server PC3203

Ethernet SPS

Abbildung 7.4: Ausfall der Bedienstation PC3203

Es ist keine Datenarchivierung der Trends auf den Historian- Server mehr gewährleistet. Es

ist jedoch realisiert, dass man die Trends zur Laufzeit umschalten kann, dass heißt, dass die

Rechner PC3201 und PC3202 den Datenbankzugriff auf den lokalen Zugriff schalten

können, so dass nun die Werte aus der lokalen Datenbank angezeigt werden. Nach

Wiederkehr des Historian- Servers (PC3203) kann man die Archivdateien von einem der

anderen beiden Rechner (PC3201 oder PC3202) in die Datenbank des Rechners PC3203

manuell zurückübertragen, so dass die Datenbank wieder aktualisiert wird.

62


7.2 Umsetzung der Datenarchivierung

Die Umsetzung der Datenarchivierung sieht wie folgt aus: Auf den Historian- Server wird ein

SQL- Server und die Software „Wonderware Historian“ installiert. Dieser Rechner ist

ausschließlich für die Archivierung der historischen Trends zuständig. Auf den anderen

beiden Rechnern wird jeweils ein SQL- Server installiert, sowie die InTouch- Entwicklungs-

und Laufzeit- Applikation. Der nächste Schritt ist es, verschiedene Datenbanken für die

Alarme und für die Trends anzulegen, damit eine Redundanz gewährleistet wird. Es gibt zwei

verschiedene Datenbanken. Das eine ist die Alarmdatenbank (siehe Abbildung 7.5). Sie

befindet sich auf den beiden Bedienstationen (PC3201 und PC3202) und die andere

Datenbank ist für die historischen Trends zuständig (siehe Abbildung 7.6). Sie befindet sich

auf allen drei Rechnern. Nach folgendem Prinzip funktionieren diese Datenarchivierungen:

• Alarmdatenbank

Abbildung 7.5: Alarmdatenbank

Bei der Alarmdatenbank ist eine Bedienstation der Master und die andere Bedienstation der

Slave. Der Master holt sich die Daten aus der SPS und der Slave schaut auf die Daten des

Masters.

63


Fällt nun der Master aus, holt sich der Slave die Daten aus der SPS. Beide Bedienstationen

verfügen über eine Datenbank („ALMDB“), somit sind diese „redundant“ ausgelegt. Es

werden beim Normalbetrieb die Alarme in die Datenbank des Masters geschrieben und die

andere Datenbank des Slaves schaut auf die Datenbank und benutzt diese Daten mit. Fällt

nun der Master aus, übernimmt der Slave diese Funktion, solange bis der Master wieder

vollständig wiedergekehrt ist.

• Trenddatenbank

Abbildung 7.6: Trenddatenbank

Beide Bedienstationen holen sich permanent die Daten für die Trenddatenbank aus der SPS.

Diese Daten werden jeweils in die eigene Datenbank („TRENDDB“) der Stationen

geschrieben. Bei einem Ausfall einer Bedienstation entsteht eine Prozesslücke in der

Trenddatenbank, weil die Trenddaten bei einem Ausfall nicht mehr aufgezeichnet werden.

64


Aus diesem Grund greifen diese Bedienstationen lesend auf die Datenbank des Historian-

Servers zu.

Auch der Historian- Server holt sich permanent die Daten aus der SPS und schreibt sie in

seine Datenbank („TRENDDB“). In dieser Datenbank werden die historischen Trenddaten

mit ihren Variablen gespeichert und immer nach einen gewissen Zeitraum (jede Sekunde)

aktualisiert. Fällt nun diese Datenbank aus, wird eine Fehlermeldung auf den

Bedienstationen herausgegeben, so dass der Bediener die Trends auf lokalen Zugriff

schalten kann. Kehrt der Historian- Server zurück, lesen die Datenbanken der

Bedienstationen wieder aus der Datenbank des Historian- Servers.

7.3 Aufbau der Visualisierung

In diesem Kapitel ist der allgemeine Aufbau und die allgemeine Bedienung der

Anlagenvisualisierung erläutert.

7.3.1 Allgemeine Anlagen Übersicht

Die Gipsmahlanlage ist zur Übersicht in verschiedene Anlagenbilder aufgeteilt. Diese

Anlagenbilder sind:

• Mühle (engl. mill)

• Heißgaserzeuger (engl. hot gas generator)

• Silo (eng. silo)

65


7.3.2 Kopf- und Fußzeile

Die Kopfzeile befindet sich am obersten Rand des Bildschirmes (siehe Abbildung 7.7). In

dieser Kopfzeile werden in einer Meldezeile die neueste, unquittierte Meldung (Alarm und

Warnung) angezeigt. Neben dieser Meldezeile befindet sich die Quittiertaste „Ack“. Durch

betätigen dieser Taste kann man die Meldung in der Meldezeile quittieren. Außerdem

befindet sich in der Kopfzeile eine Anzeige für das aktuelle Datum und für die aktuelle

Uhrzeit.

Meldezeile Quittiertaste Datum und Uhrzeit

Abbildung 7.7: Kopfzeile - Anlagenvisualisierung

Die Fußzeile befindet sich am untersten Rand des Bildschirmes. Folgende Tasten und

Funktionen sind in der Fußzeile platziert (siehe Abbildung 7.8):

• Taste um sich an- oder abzumelden und eine Anzeige des gegenwärtigen Benutzers

• Taste für die einzelnen Anlagenbilder (Mühle, Heißgaserzeuger und Silo)

• Taste für die Trends

• Taste für eine Alarm Tabelle

• Lautsprecher an/aus für den Alarmton

• Taste für den Bildschirmausdruck

• Taste „General“ für verschiedene Auswahlmenüs, wie z.B. Symbolanzeige, System

(Windows Explorer, Simatic S7, „Open Office“, „Screenshot“, InTouch beenden und eine

Sprachumschaltung) oder die Not- Abschaltung

Anlagenbilder Alarm Tabelle

Übersicht Trends Bildschirmausdruck

Lautsprecher an/aus

Tasten um sich an- oder

abzumelden

Anzeige des Benutzers

Abbildung 7.8: Fußzeile - Anlagenvisualisierung

66


Anmerkung: Das Fenster „General“ ist ein Popup- Fenster und beinhaltet fünf zusätzliche

Anwahlen für Visualisierungsfenster. Diese sind das Startbild, das Systembild, das

Symbolbild, das Elektrikbild und das Not- Abschaltungsbild.

7.3.3 Bedienebenen und Anmeldungs-/ Abmeldungs- Verfahren

In diesem Kapitel sind die einzelnen Bedienebenen dargestellt, sowie das Anmeldungs- und

Abmeldungs- Verfahren. Es gibt verschiedene Bedienebenen (Zugriffsebenen):

• „None“: Nicht Passwort geschützt. Dieses Passwort ist automatisch vorgewählt, wenn

keine andere Bedienebene aktiv ist.

• „Operator“: Passwort geschützt

• „User“: Passwort geschützt

• „Superuser“: Passwortgeschützt

• „Supervisior“: Passwortgeschützt

Diese Bedienebenen dienen dafür, damit unbefugtes Personal nicht irgendwelche

Parameter, wie z.B. Grenzwerte für Alarme ändern kann. Das Anmelden in einem Prozess

erfolgt nach folgendem Prinzip:

1. Klickt der Bediener auf das Symbol „Anmelden“ in der Fußzeile (siehe Kapitel 7.3.2)

öffnet sich ein Popup- Fenster „Password“.

2. Die Bedienebene eingeben (Benutzername).

3. Passwort eingeben.

4. Die Taste „Login“ betätigen.

5. Der Benutzername wird daraufhin in der Fußzeile angezeigt.

67


In der Abbildung 7.9 ist das Popup- Fenster für die Benutzereingabe, sowie das

entsprechende Prinzip dargestellt.

1. Klickt der Bediener auf das Symbol „Anmelden“ erscheint das Fenster „Password“

3. Passwort eingeben

5. Benutzername wird angezeigt

4. Taste „Login“ betätigen

2. Bedienebene (Benutzername) eingeben

Abbildung 7.9: Anmeldungs-/Abmeldungs- Verfahren - Anlagenvisualisierung

Der Bediener kann sich jederzeit abmelden. Hierfür klickt der Bediener auf die Taste „Logoff“

in dem Popup- Fenster (Abbildung 7.9). Nach der Betätigung der Taste wird der Bediener

aus dem Projekt abgemeldet und der Benutzername wird aus der Anzeige entfernt.

68


7.3.4 Allgemeine Farbdarstellungen

In diesem Kapitel sind in den Abbildungen 7.10, 7.11, 7.12 und 7.13 die Farbdarstellungen,

bzw. Farbumschläge mit ihren Bedeutungen von den Statusanzeigen, Prozesssignalen und

den Symbolen dargestellt.

Betriebsbereit + Einschaltbedingung OK

Betriebsbereit

Freigabe Vorortbetrieb

Ausschaltfreigabe

Abfahrsequenz aktiv (blinkend)

Nachstart- Anforderung (blinkend)

Startsequenz aktiv (blinkend) Gruppe in Betrieb

Störung

Nicht betriebsbereit Gruppen Status

Keine Störung Störung nicht quittiert (blinkend) Störung quittiert

Abschaltungen

Abbildung 7.10: Farbdarstellungen (1) - Anlagenvisualisierung

69


Störung nicht quittiert (blinkend)

Prozesssignal nicht aktiv/OK Prozesssignal aktiv/OK Warnung nicht quittiert (blinkend) Warnung quittiert

Störung quittiert

Digitale Prozesssignale

M

M

M

M

M

M

M

Freigabe Automatik Automatikbetrieb Störung nicht quittiert (blinkend) Störung quittiert

Nicht bereitFreigabe Vorortbetrieb

Vorortbetrieb

Antriebe


XXX °C

XXX °C

XXX °C

XXX °C

XXX °C

Störung nicht quittiert (blinkend) Störung quittiert

Warnung nicht quittiert (blinkend) Warnung quittiert

Keine Störung

Analoge Prozesssignale


70


Bedingung nicht OK Bedingung OK

Start-/Einschaltbedingung Störung

Keine Störung

Störung


7.3.5 Allgemeine Zustände

Die Visualisierung der Gipsmahlanlage ist mit verschiedenen Gruppenstatusbedingungen

(„Startbedingung“, „Einschaltbedingung“ und „Störung“) und Abschaltsequenzen („Normale-

Abschaltung“, „Schnelle- Abschaltung“ und „Not- Abschaltung“) konzipiert, um die Bedienung

einfach zu gestalten. Um die einzelnen Zustände anzuzeigen geht man nach folgendem

Prinzip vor (siehe Abbildung 7.14):

1. Um die einzelnen Statusbedingungen einer Gruppe anzuzeigen, betätigt der Bediener,

die Anzeige neben der einzelnen Gruppe.

2. Um einen Sollwert einzustellen, klickt der Bediener auf die analoge Prozesswertanzeige

(siehe Kapitel 7.3.6).

3. Um die einzelnen Abschaltungsbedingungen anzuzeigen, klickt der Bediener auf die

Anzeige mit den Abschaltungsszenarien.

71


4. Um Regelkreise zu optimieren, betätigt der Bediener das Anzeigefeld „Control“ (siehe

Kapitel 7.3.9).

2. Sollwerte anzeigen und einstellen

3. Anzeige der Abschaltungsbedingungen

4. Einstellungen am Regelkreis

1. Anzeige des Gruppenstatus

Abbildung 7.14: Einzelne Zustände - Anlagenvisualisierung

72


7.3.6 Sollwerte

Sollwerte (engl. setpoints) sind Grenzwerte, Parameter oder Prozesssollwerte. Mit den

Sollwerten für Grenzwerte kann der Bediener bestimmte Alarmgrenzen einstellen.

Sollwertvorgaben werden durch folgende Anzeigen dargestellt:

• Grenzwerte für Alarme werden durch rote Anzeigen und Grenzwerte für Warnungen

werden durch gelbe Anzeigen dargestellt.

120 °C 600 t 95 A

110 °C 575 t 85 A

• Parameter werden durch weiße Anzeigen dargestellt.

50 % 10 s 50550 t

• Prozesssollwerte werden durch lila Anzeigen dargestellt.

50 % 5 mbar 5 Tm³/h

Die Eingabe eines Sollwerts erfolgt über ein „Keypad“. Wenn man einen Sollwert eingeben

möchte, betätigt man diesen mit der linken Maustaste und es öffnet sich das „Keypad“.

Dieses „Keypad“ hat ein Feld (oberes Feld der Anzeige), welches die Bedeutung des

ausgewählten Sollwertes anzeigt, sowie die Felder aktueller Wert, Mindestwert und

Maximalwert (siehe Abbildung 7.15).

Bedeutung des Sollwertes

Aktueller Wert

Neuer eingegebener Wert

Minimaler und maximaler Wert

Tastatureingabe

Abbildung 7.15: „Keypad“ - Anlagenvisualisierung

73


Um einen Sollwert anzuzeigen und einzustellen geht der Bediener nach folgendem Prinzip

vor (siehe Abbildung 7.16):

1. Um die jeweiligen Sollwerte anzeigen zu lassen, klickt man auf den entsprechenden

analogen Prozesswert. Darauf öffnet sich ein Popup- Fenster.

2. Um dann den Alarm- Sollwert oder die jeweiligen Parameter einzustellen, klickt man auf

den Sollwert, den der Bediener einstellen möchte.

1. Öffnen des Popup- Fensters zur Sollwert Einstellung

2. Sollwert Einstellung

Abbildung 7.16: Sollwert Eingabe - Anlagenvisualisierung

74


7.3.7 Anlagenbilder

Die Gipsmahlanlage ist in verschiedene Anlagenbilder unterteilt. In diesem Kapitel sind diese

Visualisierungsbilder erläutert und grafisch dargestellt.

• Startbild

Abbildung 7.17 zeigt das Startbild. Dieses Bild dient als Startbild und wird als allererstes in

der Visualisierung beim Öffnen des Projekts angezeigt.

Abbildung 7.17: Startbild - Anlagenvisualisierung

75


• Menü „General“

In dem Menü „General“ (siehe Abbildung 7.18) hat der Bediener die Möglichkeit

verschiedene Visualisierungsbereiche anzuzeigen. Diese sind das Startbild („Home“),

System („System“), Symbolbild („Symbols“), Elektrikbild („Electrical plant“), sowie das Not-

Abschaltungsbild („E-Stop“). Klickt der Bediener auf die Taste „System“ wird ein weiteres

Popup- Fenster geöffnet. Folgende Funktionen stehen dem Bediener in diesem Fenster zur

Verfügung:

• Simatic S7

• Windows Explorer

• InTouch Projekt schließen

• „Open Office“

• „Screenshot“ Funktion

• Sprachumschaltung (Englisch Italienisch)

Menü „General“ Menü „System“

Sprachumschaltung

Abbildung 7.18: Systembild - Anlagenvisualisierung

76


• Symbolbild

Nach der Betätigung der Taste „Symbols“ im Popup- Fenster „General“ öffnet sich das Bild

mit der einzelnen Symboldarstellung (siehe Abbildung 7.19). Das Bild „Symbols“ wird

benutzt, um die Erklärung und die Symbolfarben von verschiedenen Komponenten (Antriebe,

Ventile, analoge und digitale Signale, Gruppen Zustände, usw.) darzustellen.

Abbildung 7.19: Symbolbild - Anlagenvisualisierung

77


• Elektrikbild

Nach der Betätigung der Taste „Electrical Plant“ im Popup- Fenster „General“ öffnet sich das

Elektrikbild (siehe Abbildung 7.20). Das Bild zeigt eine Übersicht über die elektrischen

Architekturen (HMI- System, SPS, usw.) in der Anlage. Bei einem Fehler ändert sich der

jeweilige Zustand (Farbumschlag) der Anzeigen.

Digitale Prozesssignale Prozesssignal

aktiv/OK Störung nicht quittiert Störung quittiert

Abbildung 7.20: Elektrikbild - Anlagenvisualisierung

78


• Not- Abschaltungsbild

Nach der Betätigung der Taste „E-Stop“ im Popup- Fenster „General“ öffnet sich das Not-

Abschaltungsbild (siehe Abbildung 7.21). Hier wird angezeigt, welcher Not- Aus- Schalter

ausgelöst wurde.

Prozesssignal aktiv/OK Störung nicht quittiert (blinkend) Störung quittiert

Digitale Prozesssignale Prozesssignal

nicht aktiv/OK

Abbildung 7.21: Not- Abschaltungsbild - Anlagenvisualisierung

79


• Mühle

Um das Anlagenbild Mühle anzeigen zu lassen, betätigt der Bediener die Taste „Mill“ in der

Fußzeile. In der Abbildung 7.22 ist das Visualisierungsbild der Mühle und des Kühlers

dargestellt. Es werden Antriebe, sowie digitale und analoge Prozesssignale angezeigt. Über

den Bildschirm kann die Anlage ein- und ausgeschaltet werden. Der Bediener kann diesen

Anlagenteil auf Automatik-, bzw. Handbetrieb schalten und es können Sollwerte für Alarme/

Warnungen eingestellt werden. Außerdem besteht hier die Möglichkeit Trends von Reglern

(PID- Regler) anzuzeigen und Regler zu optimieren.

Abbildung 7.22: Mühle - Anlagenvisualisierung

80


• Heißgaserzeuger

Das Visualisierungsbild vom Heißgaserzeuger ist in der Abbildung 7.23 dargestellt. Um das

Bild Heißgaserzeuger anzuzeigen, betätigt der Bediener die Taste „HGG“ in der Fußzeile. Im

Anlagenbild Heißgaserzeuger wird neben dem HGG, auch die im Zusammenspiel

wichtigsten Komponenten angezeigt.

Abbildung 7.23: HGG - Anlagenvisualisierung

81


• Silo

Das Visualisierungsbild Silo ist in der Abbildung 7.24 dargestellt. Um das Bild Silo

anzuzeigen, betätigt der Bediener die Taste „Silo“ in der Fußzeile. Im Anlagenbild Silo wird

der Transport des Materials vom Filteraustrag bis in den Silo dargestellt.

Abbildung 7.24: Silo - Anlagenvisualisierung

7.3.8 Betriebssteuerungen

Es gibt zwei Arten der Betriebssteuerungen:

1. Automatisch: Alle Gruppen werden automatisch, entsprechend der Startsequenz

eingeschaltet.

2. Manuell: Alle Gruppen werden manuell durch den Bediener gestartet.

82


Die automatische/ manuelle Betriebssteuerungsauswahl wird nach folgendem Prinzip

umgeschaltet:

Um den Anlagenteil auf Automatik-/ Manuellbetrieb zu schalten muss der Bediener die Taste

„Calcining“ betätigen. Nach der Betätigung öffnet sich ein Popup- Fenster, wo der

Anlagenbediener die Auswahl zwischen dem Automatikbetrieb oder dem Manuellbetrieb hat.

Der Bediener kann die ausgewählte Betriebsart jederzeit ändern. Im manuellen Betrieb

können die einzelnen Gruppen manuell ein- und ausgeschaltet werden. Im Gegensatz zum

manuellen Betrieb wird der automatische Betrieb mit einer automatischen Startsequenz

begonnen. Wenn dieser Vorgang unterbrochen wird (Anlagenstopp, Anlagenfehler oder

Anlagenstörung), dann wird die Anlage entsprechend der umgekehrten Startreihenfolge

heruntergefahren. Die Umschaltung der Betriebsart ist in der Abbildung 7.25 dargestellt.

Umschalten der Betriebsart (Automatik-/ Manuellbetrieb)

Öffnen des Popup- Fensters Betriebsarten

Abbildung 7.25: Betriebsarten Auswahl - Anlagenvisualisierung

83


Um nun im Handbetrieb (Manuellbetrieb) einzelne Gruppen ein- oder auszuschalten, betätigt

der Bediener die Taste einer Gruppe über der Fußzeile. Nach der Betätigung dieser Taste

öffnet sich das entsprechende Popup- Fenster. In diesem Fenster kann der Bediener die

Gruppe ein- oder ausschalten, indem man auf die Taste „Start“ oder „Stop“ klickt. In der

Abbildung 7.26 ist dieses Prinzip grafisch dargestellt.

Statusanzeige

Starten und Stoppen der Gruppe „Filter“

Öffnen der Popup- Fenster durch Betätigung der jeweiligen Taste

Abbildung 7.26: Starten und Stoppen von einzelnen Gruppen - Anlagenvisualisierung

84


7.3.9 Regelkreise

Es gibt verschiedene Regelkreise in der Anlage. Diese Regelkreise sind Druckregelungen,

Temperaturregelungen und Durchflussregelungen. Anhand einer Druckregelung wird das

Einstellprinzip erläutert und anschließend in der Abbildung 7.27 grafisch dargestellt.

1. Um die Parameter anzuzeigen und einzustellen, klickt der Bediener auf das Anzeigefeld

„Control“.

2. Der Sollwert kann direkt geändert werden. Um den Sollwert einzustellen, betätigt man

das lila Anzeigefeld.

3. Um die Betriebsart des Reglers auf Automatik- oder Handbetrieb zu schalten, klickt der

Bediener mit der linken Maustaste auf die entsprechende Taste (Auto/ Manu).

4. Um den Trendverlauf des Reglers zu öffnen, klickt der Bediener auf die Taste Trend.

Nach der Betätigung der Taste erscheinen die Trendanzeigewerte (Sollwert,

Prozesswert, Stellgröße und Rückgabesignal vom Stellglied).

5. Um bestimmte Parameter (PID- Parameter oder Totband) einzustellen, klickt der

Bediener auf das entsprechende Anzeigefeld mit dem Wert den er ändern möchte.

3. Auswahl der Betriebsart

4. Öffnen des Trends

2. Einstellen eines Sollwerts

5. Parameter einstellen

1. Öffnen einer Druckregelung

Abbildung 7.27: Regelkreise - Anlagenvisualisierung

85


7.3.10 Alarm Darstellung/Bedienung

Die neuesten unquittierten Alarme und Warnungen werden in einer Meldezeile angezeigt.

Außerdem werden alle Meldungen in einem Alarm Verzeichnis (siehe Abbildung 7.28)

abgespeichert. Um zu diesem Alarm Verzeichnis zu gelangen muss der Bediener die Taste

„Alarm Table“ in der Fußzeile betätigen. Hier hat der Bediener die Möglichkeit, die aktuellen

Alarme oder die historischen Alarme einzusehen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die

anstehenden Alarme über eine Quittiertaste zu quittieren.

Aktuelle Alarme

Quittiertaste

Historische Alarme

Abbildung 7.28: Alarm Tabelle - Anlagenvisualisierung

86


7.3.11 Trend Darstellung/Bedienung

Die wichtigsten Kurvenverläufe sind in Gruppen aufgeteilt. Um zu diesen Kurvenverläufen zu

gelangen, betätigt der Bediener in der Fußzeile die Taste „Trend“. Nach der Betätigung der

Taste öffnet sich ein Popup- Fenster, wo der Bediener als erstes den Anlagenbereich

auswählen und dann den entsprechenden Verlauf sehen kann (siehe Abbildung 7.29). Es

gibt mehrere Tasten bei der Bedienung der Kurvenverläufe, die der Bediener betätigen kann.

Folgende Funktionen stehen zur Verfügung:

• Bereich vergrößern („Zoom in“)

• Bereich verkleinern („Zoom out“)

• Zeitbereich einstellen („4 hours“, „1 hour“, „1 minutes“, „“30 minutes“ oder „10 minutes“)

• Abszisse (Zeitachse)

• Ordinate (Werteachse)

• Anzeige der Kurven

• Umschaltung zwischen der Bezugsquelle (Lokale- oder Historian- Server- Bezugsquelle)

der Trends

Bereich vergrößern

Bereich verkleinern

Einstellen des Zeitbereiches

Werteachse

Zeitachse

Kurvenverläufe

Umschaltung zwischen der Bezugsquelle

der Trends

Abbildung 7.29: Trends - Anlagenvisualisierung

87


88

7.3.12 Allgemeine Warnungen

Wenn eine Störung in der Kommunikation zwischen der Bedienstation und der SPS auftritt,

wird eine Fehlermeldung angezeigt (siehe Abbildung 7.30). Diese Anzeige bleibt solange

bestehen bis die Kommunikation nicht mehr gestört ist. Es kann während dieser Störung kein

Betrieb der Anlage von der Rechnerstation durchgeführt werden. Der Bediener hat die

Möglichkeit die Anzeige kurzzeitig zu schließen, indem man auf die Taste „Cancel“ klickt.

Abbildung 7.30: Kommunikationsstörung - Anlagenvisualisierung

8 Bewertung der Aufwände von Planungs- und Ausführungsphasen


Um die Aufwände von Planungs- und Ausführungsphasen in einem Projekt zu bewerten,

wurden drei verschiedene CP- Projekte von Gipsmahlanlagen ausgewertet (siehe Tabelle

8.1):

Projekt

I

II

III

Gesamtstunden

8000 Std. ≈

6 Mannjahre

5700 Std. ≈

4 Mannjahre

6100 Std. ≈

4 Mannjahre

Planung

1200 Std. .

1200 Std.

1300 Std.

Mechanik

3400 Std.

2800 Std.

2400 Std.

Elektrik

3400 Std.

1700 Std.

2400 Std.

Tabelle 8.1: Stundenübersicht von verschiedenen Planungs- und Ausführungsphasen

Die Elektroplanung nimmt einen relativ großen Anteil der Gesamtzeit, im Vergleich zu

anderen Claudius Peters Produktlinien, in Anspruch (ca. 30 - 40 %).

89


Da zwischen der Planung und der Inbetriebnahme oft mehrere Monate vergehen (siehe

Abbildung 8.1), ist es wichtig, eine sorgfältige Planung und Dokumentation durchzuführen.

Gründe hierfür sind:

1. Planungsschnittstellen müssen sauber dokumentiert sein, da durch den zeitlichen

Planungsversatz sich auch personelle Änderungen ergeben können.

2. Je mehr eine Software/ Lieferung getestet ist, umso „besser“ ist die Inbetriebnahme. Dies

wird durch Simulationen und einen hohen Maß an Standardisierung erreicht.

6 6 1 4 4 2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Monate

Projekt

Durchnittliche Planungs- und Ausführungsphasen in der Elektrotechnik

Hardwareplanung Softwareplanung SimulationUndefinierte Zeit Montage Inbetriebnahme

Abbildung 8.1: Übersicht der Planungs- und Ausführungsphasen in der Elektrotechnik [8]

Vernachlässigt man die Simulation, so kann es passieren, dass man zum Ende eines

Projekts Probleme mit dem zeitlichen Ablauf bekommt, wenn z.B. ein Fehler in der

Softwareplanung entsteht und erst bei der Inbetriebnahme entdeckt wird (siehe auch Kapitel

6). Diese Fehler wirken sich dann auf die Kosten im Projekt aus, da die Zeit, für die

Beseitigung des Fehlers, nicht in der Inbetriebnahme eingeplant wird.

Das zeitliche Ende wird in der Regel vom Kunden massiv eingefordert. Dadurch ist das

Verständnis für Testphasen meistens nicht mehr vorhanden. Der wirtschaftliche Aspekt

„Beginn Produktion“ steht dann im Vordergrund.

90


91

In der Abbildung 8.2 ist eine Kostenpyramide abgebildet. Sie stellt die Kostenentwicklung für

Fehlerbehebung in den unterschiedlichen Produktlebenszyklen (Entwicklung/ Planung/

Inbetriebnahme/ Produktionsprozess) dar. Dieses sind Erfahrungswerte aus Betrachtungen

verschiedener Vorgänge bei Claudius Peters.

Fehler bei der Umsetzung Kosten x1

Fehler bei der Inbetriebnahme Kosten x10

Fehler den der Kunde

entdeckt hatKosten x100

Abbildung 8.2: Kostenpyramide [8]

Diese Kostenpyramide ist folgendermaßen zu verstehen: Entsteht ein Fehler bei der

Umsetzung (Beispiel: Programmierung), entstehen einmalige Kosten. Geschieht ein Fehler

in oder während der Inbetriebnahme, der durch die Umsetzung entstand, können sich die

Kosten verzehnfachen. Bei Entdeckung eines Fehlers durch den Kunden nach der

Fertigstellung einer Anlage, können sich die Kosten auf ein Hundertfaches erhöhen.

Um die Kosten gering zu halten ist es deshalb wichtig bei der Umsetzung eines Projektes

Zeit zu investieren, um Software Programme zu testen und um später bei einer

Inbetriebnahme eventuelle Programmfehler zu vermeiden.

9 Zusammenfassung

9 Zusammenfassung

In dieser Ausarbeitung wurde ein Bedien- und Beobachtungssystem für eine

Gipsmahlanlage mit dem HMI- System InTouch unter ergonomischen Gesichtspunkten

entwickelt. Ziel der Ergonomie bei einer Anlagenbedienung war es, ein HMI- System so

umzusetzen, dass die Anlagenbedienung erleichtert und verbessert wird.

Zunächst stand die Suche eines passenden HMI- Systems im Vordergrund. Im Prinzip ist die

Auswahl des Systems nicht so relevant, man sollte nur darauf achten, dass man sich bei der

Auswahl mit dem Produkt identifizieren kann, so dass man einen hohen

Wiedererkennungswert einer Firma oder eines Produktes mit dem HMI- System

widerspiegeln kann. Außerdem sollte die Möglichkeit bestehen, verschiedene SPS-

Automatisierungssysteme einzubinden. Dieses System sollte einheitlich in der Benutzung

sein und gegebenenfalls redundant ausgelegt werden können. Aus diesen Gründen wurde

das HMI- System InTouch als Bedien- und Beobachtungssystem verwendet.

Nachdem ein geeignetes HMI- System gefunden wurde, war die Oberflächengestaltung der

Hauptaspekt. Ein ergonomisches HMI- System zeichnet eine benutzerfreundliche

Bedienoberfläche mit verständlichen Symbolen und Farben aus. Hierbei ist es wichtig, die

Farben und Symbole so zu wählen, dass sie eindeutig und verständlich sind. Es ist hierbei

von Nutzen, aber nicht zwingend, Normierungen zu verwenden. Dabei sollte sich ein

Entwickler auch die Kulturunterschiede verschiedener Nutzerkreise bewusst machen, um

diese in ein HMI- System einzubringen. Die Darstellung einer Anlage in eine Visualisierung

erfolgt meistens aus einem R+I Fließbild heraus, da dass R+I Fließbild weltweit verständlich

ist. Bei der Darstellung von Reglern und Trends sollten die wichtigsten Prozesswerte

verfügbar sein.

Für die Umsetzung einer Gipsmahlanlage mit InTouch, benötigt man für ein redundantes

System drei Rechner, wobei ein Rechner für die Aufzeichnung von historischen Trends

verwendet wird. Des Weiteren benötigt man auf diesen Rechnern verschiedene

Datenbanken (Alarmdatenbank und Trenddatenbank). Nachdem diese Datenbanken

angelegt wurden, kann man mit der eigentlichen Visualisierung beginnen. Als erstes werden

hierfür statische Bilder erstellt. Anschließend erfolgt eine Zuweisung der Variablennamen mit

den SPS Zuordnungen. Nach diesem Punkt werden die Alarme und Meldungen festgelegt,

sowie die statischen Bilder dynamisiert. Anschließend wird die Visualisierung in Verbindung

mit der SPS getestet.

92

9 Zusammenfassung

93

Um die Ergonomie der Gipsmahlanlage zu erhöhen sind verschiedene

Abschaltungssequenzen („Normale- Abschaltung“, „Schnelle- Abschaltung“ und „Not-

Abschaltung“) und Gruppenstatusanzeigen („Startbedingungen“, „Einschaltbedingungen“,

und „Störung“) eingeführt worden. Diese sind sehr praktisch und ermöglichen eine

einfachere Fehlersuche. Es ist zwar nicht notwendig, solche Funktionen/ Anzeigen

einzufügen, aber diese Bedingungen ermöglichen eine zielgerichtete Fehlersuche, so dass

Probleme schneller gefunden und behoben werden.

Ein letzter Punkt ist die Anlagensimulation vor der Inbetriebnahme. Die Anlagensimulation ist

aus wirtschaftlichen Gründen sehr sinnvoll, da durch diese Simulation im Vorwege, Fehler

lokalisiert und behoben werden können.

Eine geplante/ strukturierte Abarbeitung von Hardwareauswahl, Darstellung,

Datenverwaltung und einem intensivem Test lassen die Visualisierung zum Markenzeichen

eines guten Produkts machen. Es ist kein „notwendiges“ Übel, sondern der Erfolg eines

Produkts hängt von der Bedienbarkeit/ Handhabung ab. Was im Konsumbereich (Handys,

Unterhaltungselektronik, Internet) selbstverständlich ist, ist auch im Anlagenbau wichtig.

Literaturverzeichnis

Literaturverzeichnis

[1] Die globale Visualisierung, Computer & Automation:

Fachmagazin der Fertigungs- und Prozesstechnik, Ausgabe 03-2008, Seite 40 - 42

[2] Eigenschaften von Fließbildern, http://de.wikipedia.org/wiki/RI-Flie%C3%9Fbild

[3] Informationen zu InTouch, http://de.wonderware.com

[4] Marktübersichten: Prozess- Visualisierungssysteme 10-2005 und

Maschinenvisualisierung 10-2008, http://www.sps-magazin.de/muesanz/ [5] Normen aus der Informationstechnologie, http://transfer.tr.fh-hannover.de/projekte/Norma/normen/normverzeichnis_it.htm

[6] Staatliche Kunstsammlung Dresden, Ausstellung „Ost trifft West“, Piktogramme der

Designerin Yang Liu, http://www.skd-dresden.de

[7] Technische Akademie Wuppertal e.V. Dokumente der Elektrotechnik und graphische

Symbole für Schaltpläne, Wuppertal 5. - 6.7.2004, Seite B-1, B-2 und B-3

[8] Unterlagen, bzw. Informationen von der Firma Claudius Peters Projects

[9] VDI/VDE 3850 „Gestaltung von Bediensystemen für Maschinen",

Abschnitt 5.1 Farbe/Kontrast, Ausgabestand Februar

[10] VDI 3699 „Prozessführung mit Bildschirmen"/ Fließbilder,

Abschnitt 4.2 Farben. Ausgabestand August 1997

[11] Vorlesungsskript Prozessleittechnik von Prof. Dr. Ing. Henry Reetmeyer,

Wintersemester 2007/2008

[12] Wonderware FactorySuite - InTouch Benutzerhandbuch, letzte Revision 09-2005

94

http://de.wikipedia.org/wiki/RI-Flie%C3%9Fbild

http://de.wonderware.com/

http://www.sps-magazin.de/muesanz

http://www.skd-dresden.de/

Anhang

Anhang

A.1 Übersicht verschiedener Komponenten

Das Originalbild der Komponenten Mühle, Mühlengetriebe, Drehrohrkühler,

Heißgaserzeuger, Schlauchfilter und Hauptventilator, das Symbol aus dem R+I Fließbild und

eine kurze Beschreibung sind in der Tabelle A.1 dargestellt.

Komponenten Darstellung im R+I Fließbild Beschreibung

Mühle

Die Mühle zermahlt, trocknet und kalziniert den Rohgips in

einem Schritt.

Mühlengetriebe

Das Mühlengetriebe ist das

Bindeglied zwischen Mühlenantriebsmotor und

Mühle.

Drehrohrkühler

Der Gips wird durch den

Drehrohrkühler geleitet und durch drehende, belüftete

Rohre im Kühler abgekühlt.

95

Anhang

Komponenten Darstellung im R+I Fließbild Beschreibung

HGG

Die Aufgaben des HGG sind trocknen, heizen und

kalzinieren.

Schlauchfilter

Der Schlauchfilter filtert das Reingas vom Material. In

diesem Filter befinden sich Schläuche zur Filterung.

Hauptventilator

Der Hauptventilator leitet das Reingas in den Prozess

zurück.

Tabelle A.1: Übersicht verschiedener Komponenten [8]

96

Anhang

A.2 Rohr- und Instrumentierungsfließbild der Gipsmahlanlage Das R+I Fließbild der Gipsmahlanlage ist in der Abbildung A.1 dargestellt.

Abbildung A.1: R+I Fließbild [8]

97

Anhang

A.3 Symbole im Rohr- und Instrumentierungsfließbild

Die Symbole aus dem R+I Fließbild und deren Bedeutungen sind in der Tabelle A.2

aufgeführt.

Symbol

Bedeutung

Absperrklappe

Absperrorgan

Filter

Förderband

Förderleitung

Handantrieb

Heißgaserzeuger

Instrumentierung und Prozessfunktion

Luftfilter

Luftleitung

Magnetantrieb

Motorantrieb

Ölleitung

98

Anhang

Symbol

Bedeutung

Örtliche Instrumentierung

Pneumatikantrieb

Pumpe

Schalldämpfer

Steuerluftleitung

Ventilator

Wärmeaustauscher

Zellradschleuse

Tabelle A.2: Symbole im R+I Fließbild [8]

99

Anhang

A.4 HMI- System Farbcodierungen der Gipsmahlanlage

Die HMI- System Farbcodierungen der Gipsmahlanlage sind in der untenstehenden Tabelle

A.3 beschrieben.

Farbcodierungen der Tasten

Symbol mit Farbe Dezimalzahl (Word) Erläuterung

0 Keine Störung/ Keine Warnung

16 Gruppe in Betrieb

32 Warnung nicht quittiert (blinkend)

64 Warnung quittiert

128 Störung nicht quittiert (blinkend)

256 Störung quittiert

Farbcodierungen des Bedienmodus

Symbol mit Farbe Dezimalzahl (Bit) Erläuterung

0 Automatischer- Modus

1 Manueller- Modus

Farbcodierungen der Statusanzeigen


0 Nicht betriebsbereit

1 Freigabe Vorortbetrieb

2 Betriebsbereit

4 Betriebsbereit + Vorbedingungen erfüllt

8 Startsequenz aktiv (blinkend)

16 Anlage in Betrieb

32 Nachstart- Anforderung (blinkend)

64 Abfahrsequenz aktiv (blinkend)

128 Ausschaltfreigabe

256 Störung

100

Anhang

Farbcodierungen Start- und Einschaltbedingungen


0 Bedingung nicht erfüllt

1 Bedingung erfüllt

Farbcodierungen der Störungen


0 Keine Störung

1 Störung

Farbcodierungen der Regelungen



1 Manueller- Modus

2 Automatischer- Modus + Regelung AUS

4 Automatischer- Modus + Regelung AUS +

Regelung kann eingeschaltet werden

8 Automatischer- Modus + Regelung wird

gestartet (blinkend)

16 Automatischer- Modus + Regelung AN

64 Automatischer- Modus + Regelung wird

gestoppt (blinkend)

256 Störung

Farbcodierungen der Antriebe



1 Freigabe für Vorortbetrieb

2 Vorortbetrieb

4 Freigabe für Automatikbetrieb

8 Automatikbetrieb

101

Anhang

Farbcodierungen der Antriebe




Farbcodierungen der Ventile



1 Position geschlossen

2 Keine Position

16 Position geöffnet



Farbcodierungen der Klappen



1 Position geschlossen

2 Keine Position

4 Position 1: Feiner Durchfluss

8 Position 2: Grober Durchfluss

16 Position geöffnet



FF

CF

102

Anhang

Farbcodierungen der Digitalen Prozesssignale


0 Kein Signal

1 Prozesssignal nicht aktiv

2 Prozesssignal aktiv

32 Warnung nicht quittiert

(blinkend)




Farbcodierungen der Analogen Prozesssignale


0 Kein Signal

1 Prozesssignal in Ordnung

32 Warnung nicht quittiert

(blinkend)


128 Störung nicht quittiert

(blinkend)


Farbcodierungen der Rohrleitungen

Symbol mit Farbe Erläuterung

Wasser

Luft

Gas

Sauerstoff

Getriebe Öl

Roh Gips

Fein Gips

Tabelle A.3: HMI- System Farbcodierungen der Gipsmahlanlage [8]

103

Anhang

104

A.5 Elektronische Dokumentation

Die Diplomarbeit, das Rohr- und Instrumentierungsfließbild (siehe auch Anhang A.2), die

Visualisierungsbilder der Gipsmahlanlage, die InTouch Benutzerhandbücher (HMI-

Handbuch, Benutzerhandbuch, Referenzenhandbuch, Sprachumschaltungs- Handbuch und

SQL- Handbuch), die Spezifikation der Rechner und die InTouch Visualisierung sind in

elektronischer Form auf einer CD abgelegt und beim Prüfer Prof. Dr. H. Hasemann oder

Prof. Dr. Ing. U. Meiners einzusehen.

Versicherung über Selbstständigkeit

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit im Sinne der Prüfungsordnung nach

§25(4) ohne fremde Hilfe selbständig verfasst und nur die angegebenen Hilfsmittel benutzt

habe. Wörtlich oder dem Sinn nach aus anderen Werken entnommene Stellen habe ich

unter Angabe der Quellen kenntlich gemacht.

Hamburg, den 18.12.2008

______________________ ______________________

Ort, Datum Unterschrift

diplomarbeit -...

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